C# 设计模式系列教程-单例模式

对于单例模式的详细讲解可以分成以下几个部分：

什么是单例模式？

单例模式是一种创建型的设计模式，用于保证某一个类仅有一个实例，并提供全局的访问点。

通常情况下，我们可以通过类创建多个对象，但是有时候我们需要只创建一个对象，比如全局的配置、日志等。这时候单例模式就派上用场了。

如何实现单例模式？

实现单例模式有多种方式，以下是其中比较常用的几种：

饿汉式单例模式

饿汉式单例模式指在类加载的时候就创建了一个对象，以后每次调用获取对象的方法，都返回同一个对象。

public class Singleton1
{
    private static Singleton1 _instance = new Singleton1();

    private Singleton1() {}

    public static Singleton1 GetInstance()
    {
        return _instance;
    }
}

懒汉式单例模式

懒汉式单例模式指在调用获取对象的方法时，才创建对象。这种方式相对于饿汉式单例模式，可以延迟对象的创建时间。但是需要考虑线程安全的问题。

public class Singleton2
{
    private static Singleton2 _instance;

    private Singleton2() {}

    public static Singleton2 GetInstance()
    {
        if (_instance == null)
        {
            _instance = new Singleton2();
        }

        return _instance;
    }
}

需要注意的是，懒汉式单例模式在多线程下存在线程安全的问题。一种解决方案是使用双重锁定来实现。

public class Singleton3
{
    private static Singleton3 _instance;
    private static readonly object _lock = new object();

    private Singleton3() {}

    public static Singleton3 GetInstance()
    {
        if (_instance == null)
        {
            lock (_lock)
            {
                if (_instance == null)
                {
                    _instance = new Singleton3();
                }
            }
        }

        return _instance;
    }
}

枚举式单例模式

枚举式单例模式指通过枚举类型来实现单例模式。枚举类型只能有一个实例，因此可以用来实现单例模式。

public enum Singleton4
{
    Instance
}

单例模式的优点和缺点

单例模式的优点在于：

• 可以确保某个类只有一个实例，节省系统资源。
• 对象只在第一次被访问时被初始化，减少了类加载的时间，提高了系统性能。
• 提供了对唯一实例的访问，方便了系统的统一管理。

单例模式的缺点在于：

• 单例模式没有抽象层，扩展困难。
• 单例模式要求在访问时必须先获取单例对象，然后才能调用方法，使代码调用复杂度提高。
• 单例模式可能引起单例对象长时间占用内存，造成内存泄漏问题。

示例说明

下面以在ASP.NET Core Web API中使用单例模式为例，说明如何实现单例模式。

首先，我们创建一个接口，用于定义单例对象的方法。

public interface IMySingleton
{
    void Run();
}

然后，我们创建一个单例对象的实现类。

public class MySingleton : IMySingleton
{
    private int _count;

    public void Run()
    {
        Console.WriteLine("MySingleton is running. Count:{0}", ++_count);
    }
}

接下来，我们通过懒汉式单例模式来实现获取单例对象的方法。由于ASP.NET Core Web API默认支持依赖注入（DI），因此我们可以在Startup.cs文件中进行配置。

public void ConfigureServices(IServiceCollection services)
{
    services.AddSingleton<IMySingleton, MySingleton>();
}

最后，在代码中使用依赖注入来获取单例对象。

[ApiController]
[Route("[controller]")]
public class WeatherForecastController : ControllerBase
{
    private readonly IMySingleton _mySingleton;

    public WeatherForecastController(IMySingleton mySingleton)
    {
        _mySingleton = mySingleton;
    }

    [HttpGet]
    public IActionResult Get()
    {
        _mySingleton.Run();
        return Ok();
    }
}

这样，每次调用Get方法时，都会获取到同一个MySingleton对象，并且每次调用MySingleton的Run方法，都会增加计数器的值，以此说明MySingleton对象只创建了一次，实现了单例模式。