c#单例模式（Singleton）的6种实现

单例模式（Singleton）

单例模式是一种创建型设计模式，它保证一个类只有一个实例，而且自行实例化并向整个系统提供这个实例。在需要确保有且仅有一个对象被创建时，使用单例模式就是最佳选择。

实现单例模式的六种方法

1. 饿汉式（饿汉式单例模式是线程安全的，极其简单）

饿汉式单例模式是指，在类加载的时候就创建一个对象实例，并且永久驻留在内存中，以供后续使用。

public sealed class Singleton
{
    private static readonly Singleton _instance = new Singleton();

    private Singleton() { }

    public static Singleton Instance
    {
        get { return _instance; }
    }
}

2. 懒汉式（懒汉式单例模式在多线程环境下存在问题）

懒汉式单例模式是指，在第一次使用时才创建对象实例。如果多个线程同时调用GetInstance()方法，可能会导致创建多个实例的问题，因此需要进行线程同步，保证只创建一个实例。

public sealed class Singleton
{
    private static Singleton _instance = null;
    private static readonly object padlock = new object();

    private Singleton() { }

    public static Singleton Instance
    {
        get
        {
            if (_instance == null)
            {
                lock (padlock)
                {
                    if (_instance == null)
                    {
                        _instance = new Singleton();
                    }
                }
            }
            return _instance;
        }
    }
}

3. Double Check Locking（双重检查锁定）

Double Check Locking模式是一种优化的懒汉式单例模式，确保在多线程环境下只会创建一个对象实例。

public sealed class Singleton
{
    private static volatile Singleton _instance;
    private static readonly object padlock = new object();

    private Singleton() { }

    public static Singleton Instance
    {
        get
        {
            if (_instance == null)
            {
                lock (padlock)
                {
                    if (_instance == null)
                    {
                        _instance = new Singleton();
                    }
                }
            }
            return _instance;
        }
    }
}

4. 静态内部类

静态内部类单例模式是指，在访问静态内部类的静态字段Instance时，会创建唯一的实例。

public sealed class Singleton
{
    private Singleton() { }

    private static class SingletonHolder
    {
        internal static readonly Singleton INSTANCE = new Singleton();
    }

    public static Singleton Instance
    {
        get { return SingletonHolder.INSTANCE; }
    }
}

5. 枚举

枚举单例模式是指，使用枚举类型创建单例对象，枚举类型是在Java 5中引入的。

public enum Singleton
{
    INSTANCE;

    // method
    public void showMessage()
    {
        Console.WriteLine("Hello World!");
    }
}

调用：

Singleton.INSTANCE.showMessage();

6. 单元素的枚举类型

单元素的枚举类型单例模式是指，在枚举中使用一个实例来实现单例。

public sealed class Singleton
{
    internal enum SingletonEnum
    {
        INSTANCE
    }

    private Singleton() { }

    public static Singleton Instance
    {
        get
        {
            return SingletonEnum.INSTANCE.GetInstance();
        }
    }

    internal Singleton GetInstance()
    {
        return SingletonEnum.INSTANCE;
    }
}

示例说明

以下是一个示例，展示如何使用饿汉式单例模式实现一个日志系统。用文本文档文件存储日志信息。

public sealed class Logger
{
    private static readonly Logger _instance = new Logger();

    private Logger() { }

    public static Logger Instance
    {
        get { return _instance; }
    }

    public void Log(string message)
    {
        using (StreamWriter writer = new StreamWriter("log.txt", true))
        {
            writer.WriteLine(DateTime.Now.ToString() + ": " + message);
        }
    }

    public void Clear()
    {
        File.Delete("log.txt");
    }
}

我们可以在整个系统中调用Log()方法，如下所示：

Logger.Instance.Log("Hello World!");

此时，将在项目根目录下创建一个log.txt文件，并向其中写入“Hello World!”和当前时间。

另一个示例：以下是一个示例，展示如何使用枚举单例模式实现一个配置管理器。用键值对存储配置信息。

public enum ConfigurationManager
{
    INSTANCE;

    private Dictionary<string, string> configData = new Dictionary<string, string>();

    public void SetConfigValue(string key, string value)
    {
        configData[key] = value;
    }

    public string GetConfigValue(string key)
    {
        string value;
        configData.TryGetValue(key, out value);
        return value;
    }
}

我们可以使用以下方法将配置值写入配置管理器：

ConfigurationManager.INSTANCE.SetConfigValue("Url", "https://www.example.com");

并使用以下方法获取配置值：

string url = ConfigurationManager.INSTANCE.GetConfigValue("Url");

总结

以上是六种常见的单例模式实现方法。根据实际应用场景的不同，可以选择不同的实现方法。对于绝大多数应用场景来说，饿汉式单例模式是最好的选择，它既简单又高效，并且能够保证线程安全。