C#设计模式之单例模式的实现方式

什么是单例模式

单例模式是设计模式的一种，它保证在整个应用程序生命周期中只能有一个实例被创建和访问，并且这个实例是全局唯一的。在需要频繁创建和销毁对象时，单例模式可以提高程序的性能和可维护性。

单例模式的实现方式

在 C# 中，单例模式有多种实现方式，如下：

第一种：懒汉式单例模式

使用懒汉式单例模式，在第一次调用 GetInstance() 方法时创建单例对象。如果多个线程同时调用 GetInstance() 方法，可能会出现多个实例的情况，因此需要进行线程同步。

public class LazySingleton
{
    private static Lazy<LazySingleton> instance = new Lazy<LazySingleton>(() => new LazySingleton());

    private LazySingleton() { }

    public static LazySingleton GetInstance()
    {
        return instance.Value;
    }
}

第二种：饿汉式单例模式

使用饿汉式单例模式，就可以确保只有一个实例对象被创建和访问，在加载时就创建了单例对象。

public class EagerSingleton
{
    private static readonly EagerSingleton instance = new EagerSingleton();

    private EagerSingleton() { }

    public static EagerSingleton GetInstance()
    {
        return instance;
    }
}

单例模式的示例说明

示例1：单线程环境下的单例模式

在单线程环境下的单例模式实现比较简单，只需使用饿汉式单例模式即可。

class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        // 饿汉式单例模式
        var instance1 = EagerSingleton.GetInstance();
        var instance2 = EagerSingleton.GetInstance();

        if (instance1 == instance2)
            Console.WriteLine("EagerSingleton works");
        else
            Console.WriteLine("EagerSingleton fails");

        Console.ReadKey();
    }
}

输出结果：

EagerSingleton works

示例2：多线程环境下的单例模式

在多线程环境下的单例模式实现需要考虑线程安全的问题，可以使用双重检查锁进行优化。

class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        // 懒汉式单例模式
        var tasks = new List<Task<LazySingleton>>();

        for (int i = 0; i < 10; i++)
        {
            tasks.Add(Task.Run(() =>
            {
                return LazySingleton.GetInstance();
            }));
        }

        Task.WaitAll(tasks.ToArray());

        var instances = tasks.Select(t => t.Result);

        if (instances.Distinct().Count() == 1)
            Console.WriteLine("LazySingleton works");
        else
            Console.WriteLine("LazySingleton fails");

        Console.ReadKey();
    }
}

输出结果：

LazySingleton works

在示例2中，我们创建了 10 个异步任务同时获取 LazySingleton 的实例，如果单例模式实现正确，那么所有的实例应该是相等的。如果代码实现有问题，则会出现多个实例的情况。