懒汉式单例与饿汉式单例的C#实现

      本文将介绍如何使用C#语言实现懒汉式单例饿汉式单例,并分析懒汉式单例与饿汉式单例的优缺点。

 

     1. 饿汉式单例类

      饿汉式单例类(Eager Singleton)是实现起来最简单的单例类,饿汉式单例类结构图如图1所示。

饿汉式单例

1 饿汉式单例类图

      从图1中可以看出,由于在定义静态变量的时候实例化单例类,因此在类加载时单例对象就已创建,代码如下:

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

    private EagerSingleton() { } 

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

      当类被加载时,静态变量instance 会被初始化,此时类的私有构造函数会被调用,单例类的唯一实例将被创建。

 

      2. 懒汉式单例类与双重检查锁定

      与饿汉式单例类相同之处是,懒汉式单例类(Lazy Singleton)的构造函数也是私有的。与饿汉式单例类不同的是,懒汉式单例类在第一次被引用时将自己实例化,在懒汉式单例类被加载时不会将自己实例化。懒汉式单例类结构图如图2所示。

实现

图2  懒汉式单例类图

      从图2可以看出,在懒汉式单例类中,不是在定义静态变量时实例化单例类,而是在第一次调用静态工厂方法时实例化单例类。前面应用实例中的负载均衡器类LoadBalancer就是采用懒汉式单例来实现的。

      但是懒汉式单例存在一个很严重的问题:如果在高并发、多线程环境下实现懒汉式单例类,在某一时刻可能会有多个线程需要使用单例对象,即会有多个线程同时调用GetInstance()方法,可能会造成创建多个实例对象,这将违背单例模式的设计意图。为了防止生成多个单例对象,需要使用C#语言中的lock关键字,lock关键字锁定的代码片段称之为临界区,可以确保当一个线程位于代码的临界区时,另一个线程不能进入临界区。如果其他线程试图进入锁定的代码,则将一直等待,直到该对象被释放为止。修改之后的懒汉式单例类代码如下:

class LazySingleton 
{ 
    private static LazySingleton instance = null; 
    //程序运行时创建一个静态只读的辅助对象
    private static readonly object syncRoot = new object();

    private LazySingleton() { } 

    public static LazySingleton GetInstance() 
    { 
        //第一重判断,先判断实例是否存在,不存在再加锁处理
        if (instance == null) 
        {
            //加锁的程序在某一时刻只允许一个线程访问
            lock(syncRoot)
            {
                //第二重判断
                if(instance==null)
                {
                    instance = new LazySingleton();  //创建单例实例
                }
            }
        }
        return instance; 
    }
}

      在上面给出的懒汉式单例类实现代码中,对静态工厂方法GetInstance()中创建单例对象的代码进行了加锁,由于在调用时无法确定该单例对象是否已创建,因此需要使用辅助对象syncRoot来进行代码锁定。为了不影响程序的性能,此处只锁定创建单例对象的代码,并未锁定整个方法。如果实例存在则直接返回,如果实例未创建则加锁后再创建。

      为了更好地对单例对象的创建进行控制,此处使用了一种被称之为双重检查锁定(Double-CheckLocking)的双重判断机制。在双重检查锁定中,当实例不存在且同时有两个线程调用GetInstance()方法时,它们都可以通过第一重“instance==null”判断,然后由于lock锁定机制,只有一个线程进入lock中执行创建代码,另一个线程处于排队等待状态,必须等待第一个线程执行完毕后才可以进入lock锁定的代码,如果此时不进行第二重“instance==null”判断,第二个线程并不知道实例已经创建,将继续创建新的实例,还是会产生多个单例对象,违背单例模式的设计思想,因此需要进行双重检查。

 

      3. 饿汉式单例类与懒汉式单例类比较

       饿汉式单例类在类被加载时就将自己实例化,它的优点在于无须考虑多个线程同时访问的问题,可以确保实例的唯一性;从调用速度和反应时间角度来讲,由于单例对象一开始就得以创建,因此要优于懒汉式单例。但是无论系统在运行时是否需要使用该单例对象,由于在类加载时该对象就需要创建,因此从资源利用效率角度来讲,饿汉式单例不及懒汉式单例,而且在系统加载时由于需要创建饿汉式单例对象,加载时间可能会比较长。

      懒汉式单例类在第一次使用时创建,无须一直占用系统资源,实现了延迟加载,但是必须处理好多个线程同时访问的问题,特别是当单例类作为资源控制器,在实例化时必然涉及资源初始化,而资源初始化很有可能耗费大量时间,这意味着出现多线程同时首次引用此类的机率变得较大,需要通过双重检查锁定等机制进行控制,这将导致系统性能受到一定影响。

 

      Java程序员可进一步阅读:确保对象的唯一性——单例模式 (三)

 

  【作者:刘伟  http://blog.csdn.net/lovelion

您的回应...

相关话题

查看全部

也许你感兴趣

换一批

热门标签

更多