01.Singleton单件（单例）

一：动机（Motivation）

<1>在软件系统中，经常有这样一些特殊的类，必须保证它们在系统中只存在一个实例，才能确保它们的逻辑正确性、以及良好的效率。
<2>如何绕过常规的构造器，提供一种机制来保证一个类只有一个实例？
<3>这应该是类设计者的责任，而不是使用者的责任。

二：意图（Intent）

保证一个类仅有一个实例，并提供一个该实例的全局访问点。
——《设计模式》GoF

三：结构（Structure）

四：结构详解

五：生活中的例子

美国总统的职位是Singleton，美国宪法规定了总统的选举，任期以及继任的顺序。这样，在任何时刻只能由一个现任的总统。无论现任总统的身份为何，其头衔"美利坚合众国总统"是访问这个职位的人的一个全局的访问点。

六：简单实现

public sealed class Singleton
{
    static Singleton instance = null;
    private Singleton()
    {
    }

    public static Singleton Instance
    {
        get
        {
            if (instance == null)
            {
                instance = new Singleton();
            }
            return instance;
        }
    }
}
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<1>对于线程来说不安全
<2>单线程中已满足要求

优点：
<1>由于实例是在 Instance 属性方法内部创建的，因此类可以使用附加功能；
<2>直到对象要求产生一个实例才执行实例化；这种方法称为“惰性实例化”。惰性实例化避免了在应用程序启动时实例化不必要的 singleton。

七：线程的安全

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

    private Singleton()
    {
    }

    public static Singleton Instance
    {
        get
        {
            lock (padlock)
            {
                if (instance == null)
                {
                    instance = new Singleton();
                }
            }
            return instance;
        }
    }
}
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<1>同一个时刻加了锁的那部分程序只有一个线程可以进入；
<2>对象实例由最先进入的那个线程创建；
<3>后来的线程在进入时（instence == null）为假，不会再去创建对象实例；
<4>增加了额外的开销，损失了性能。

八：双重锁定

public sealed class Singleton
{
    static Singleton instance = null;
    public 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;
        }
    }
}
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<1>多线程安全；
<2>线程不是每次都加锁；
<3>允许实例化延迟到第一次访问对象时发生。

九：静态初始化

public sealed class Singleton
{
    private static readonly Singleton instance = null;
    
    static Singleton()
    {
        instance = new Singleton();
    }

    private Singleton()
    {
    }

    public static Singleton Instance
    {
        get 
        { 
            return instance; 
        }
    }
}
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.Net框架静态构造函数无论何时（多线程调用时），只执行一次！

<1>依赖公共语言运行库负责处理变量初始化；
<2>公共静态属性为访问实例提供了一个全局访问点；
<3>对实例化机制的控制权较少(.NET代为实现)；
<4>静态初始化是在 .NET 中实现 Singleton 的首选方法。

十：延迟初始化

public sealed class Singleton
{
    private Singleton()
    {
    }

    public static Singleton Instance
    {
        get
        {
            return Nested.instance;
        }
    }

    private class Nested
    {
        internal static readonly Singleton instance = null;
        static Nested()
        {
            instance = new Singleton();
        }
    }
}
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初始化工作由Nested类的一个静态成员来完成，这样就实现了延迟初始化。

十一：注意事项

<1>Singleton模式中的实例构造器可以设置为protected以允许子类派生。
<2>Singleton模式一般不要支持ICloneable接口，因为这可能会导致多个对象实例，与Singleton模式的初衷违背。
<3>Singleton模式一般不要支持序列化，因为这也有可能导致多个对象实例，同样与Singleton模式的初衷违背。
<4>Singletom模式只考虑到了对象创建的管理，没有考虑对象销毁的管理。就支持垃圾回收的平台和对象的开销来讲，我们一般没有必要对其销毁进行特殊的管理。

十二：总结

<1>Singleton模式是限制而不是改进类的创建。
<2>理解和扩展Singleton模式的核心是“如何控制用户使用new对一个类的构造器的任意调用”。
<3>可以很简单的修改一个Singleton，使它有少数几个实例，这样做是允许的而且是有意义的。