在C#中实现单例模式，主要目的是确保一个类仅有一个实例，并提供一个全局访问点来获取这个实例。以下是一个简单的单例模式实现示例，它使用了一个私有静态变量来保存类的唯一实例，并提供了一个公有的静态方法来获取这个实例。此外，还使用了私有构造函数来防止通过new关键字在类的外部创建实例。
单例模式的优点：
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- 单例模式可以保证一个类只有一个实例，减少内存开销，降低系统的复杂度，并加强系统的稳定性。
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- 单例模式可以避免对资源的多重占用，保证系统的一致性。
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- 单例模式可以全局访问点，可以提供一个访问点，使得外界可以直接访问该实例。
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- 单例模式可以提供一个统一的访问点，简化调用，提高代码的可读性和可维护性。
单例模式的缺点：
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- 单例模式一般没有接口，扩展困难。
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- 单例模式违反了依赖倒置原则，一个模块应该依赖于抽象，而不是具体的实现。
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- 单例模式对测试不利，难以对单例进行单元测试。
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- 单例模式在多线程环境下需要进行线程同步，可能会导致性能问题。
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- 单例模式在一些语言中不容易实现，比如Java中不能通过反射创建对象。
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- 单例模式在一些场景下会增加系统的复杂度，比如多线程的应用场景。
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- 单例模式在一些语言中不容易实现，比如Java中不能通过反射创建对象。
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- 单例模式在一些场景下会增加系统的复杂度，比如多线程的应用场景。
懒汉式（线程不安全）
这是最基本的实现方式，但在多线程环境下可能会创建多个实例。
using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Threading.Tasks;
namespace SingletonPattern
{
/// <summary>
/// 懒汉式（线程不安全）
/// 这是最基本的实现方式，但在多线程环境下可能会创建多个实例。
/// </summary>
internal class Singleton_LazyNoSafety
{
// 私有静态变量，用于存储类的唯一实例
private static Singleton_LazyNoSafety instance;
// 私有构造函数，防止外部创建实例
private Singleton_LazyNoSafety()
{
Console.WriteLine("单例模式：懒汉式（线程不安全）！");
}
// 公有静态方法，返回类的唯一实例
public static Singleton_LazyNoSafety GetInstance()
{
// 如果实例不存在，则创建实例
if (instance == null)
{
instance = new Singleton_LazyNoSafety();
}
return instance;
}
}
}
懒汉式（线程安全）
通过在GetInstance方法上添加lock关键字来确保线程安全。
using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Threading.Tasks;
namespace SingletonPattern
{
/// <summary>
/// 懒汉式（线程安全）
/// 通过在GetInstance方法上添加lock关键字来确保线程安全。
/// </summary>
public class Singleton_LazySafety
{
private static Singleton_LazySafety instance;
/*
* lock 关键字是用于同步代码块，确保在同一时间内只有一个线程可以执行该代码块。
* lock 关键字通过锁定一个对象来工作，任何线程在尝试进入被 lock 保护的代码块之前，都必须先获得该对象的锁。
* 如果一个线程已经获得了锁，其他线程就必须等待，直到锁被释放。当线程退出 lock 代码块时，无论是因为正常执行完毕还是由于异常退出，锁都会被自动释放。
*/
private static readonly object lockObj = new object();
private Singleton_LazySafety()
{
Console.WriteLine("单例模式：懒汉式（线程安全）！");
}
public static Singleton_LazySafety GetInstance()
{
lock (lockObj)
{
if (instance == null)
{
instance = new Singleton_LazySafety();
}
}
return instance;
}
}
}
饿汉式
这种方式基于类加载机制避免了多线程同步问题，但是在类装载时就完成实例化，没有达到Lazy Loading的效果。
using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Threading.Tasks;
namespace SingletonPattern
{
/// <summary>
/// 饿汉式
/// 这种方式基于类加载机制避免了多线程同步问题，但是在类装载时就完成实例化，没有达到Lazy Loading的效果。
/// </summary>
public class Singleton_Hungry
{
// 私有静态变量，用于存储类的唯一实例
private static Singleton_Hungry instance;
// 私有构造函数，防止外部创建实例
public Singleton_Hungry()
{
Console.WriteLine("单例模式：饿汉式！");//在类被加载时就会创建实例对象，不会被打印到控制台
}
// 公有静态方法，返回类的唯一实例
public static Singleton_Hungry GetInstance()
{
return instance;
}
}
}
双重检查锁定（Double-Checked Locking）
这种方式既保证了线程安全，又避免了每次调用GetInstance时都进行同步，从而提高了性能。
using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Threading.Tasks;
namespace SingletonPattern
{
/// <summary>
/// 双重检查锁定（Double-Checked Locking）
/// 这种方式既保证了线程安全，又避免了每次调用GetInstance时都进行同步，从而提高了性能。
/// </summary>
public class Singleton_DoubleCheckedLocking
{
// 使用volatile关键字确保多线程环境下的可见性
private static volatile Singleton_DoubleCheckedLocking instance;
private static readonly object lockObject = new object();
private Singleton_DoubleCheckedLocking()
{
Console.WriteLine("单例模式：双重检查锁定！");
}
public static Singleton_DoubleCheckedLocking GetInstance()
{
// 第一次检查实例是否存在，如果不存在，才进入下面的同步块
if (instance == null)
{
lock (lockObject)
{
// 第二次检查实例是否存在，防止多个线程都通过了第一次检查并创建实例
if (instance==null)
{
instance = new Singleton_DoubleCheckedLocking();
}
}
}
return instance;
}
}
}
.NET Framework 4.0及更高版本
请注意，在.NET Framework 4.0及更高版本中，由于System.Lazy的引入，实现单例模式变得更加简单和高效。Lazy类提供了一种延迟初始化的机制，它确保对象在其Value属性被访问之前不会被实例化。
using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Threading.Tasks;
namespace SingletonPattern
{
/// <summary>
/// 4.0后高版本
/// 在.NET Framework 4.0及更高版本中，由于System.Lazy<T>的引入，实现单例模式变得更加简单和高效。
/// Lazy<T>类提供了一种延迟初始化的机制，它确保对象在其Value属性被访问之前不会被实例化。
/// </summary>
internal class Singleton_HighVersion
{
// 使用Lazy<T>实现单例模式
private static readonly Lazy<Singleton_HighVersion> lazy = new Lazy<Singleton_HighVersion>(() => new Singleton_HighVersion());
// 私有构造函数
private Singleton_HighVersion()
{
Console.WriteLine("单例模式：4.0后高版本！");
}
// 公有静态属性，返回类的唯一实例
public static Singleton_HighVersion Instance => lazy.Value;
}
}
调用结果
using System;
namespace SingletonPattern
{
internal class Program
{
static void Main(string[] args)
{
var instance_lazy1 = Singleton_LazyNoSafety.GetInstance();
var instance_lazy2 = Singleton_LazyNoSafety.GetInstance();
// 比较内存地址判断是否同一个实例
Console.WriteLine(ReferenceEquals(instance_lazy1, instance_lazy2)); // 输出: True
var instance_lazy3 = Singleton_LazySafety.GetInstance();
var instance_lazy4 = Singleton_LazySafety.GetInstance();
Console.WriteLine(ReferenceEquals(instance_lazy3, instance_lazy4));
//在类被加载时就会创建实例对象
var instance_hungry1 = Singleton_Hungry.GetInstance();
var instance_hungry2 = Singleton_Hungry.GetInstance();
Console.WriteLine(ReferenceEquals(instance_hungry1, instance_hungry2));
var instance_double1 = Singleton_DoubleCheckedLocking.GetInstance();
var instance_double2 = Singleton_DoubleCheckedLocking.GetInstance();
Console.WriteLine(ReferenceEquals(instance_double1, instance_double2));
var instance_high1 = Singleton_HighVersion.Instance;
var instance_hagh2 = Singleton_HighVersion.Instance;
Console.WriteLine(ReferenceEquals(instance_high1, instance_hagh2));
}
}
}
