23种设计模式

设计模式是软件工程中的一种最佳实践，用于解决常见的设计问题并提供可重用的解决方案。在C#中，23种设计模式分为三大类：创建型、结构型和行为型。这里我们将重点讨论创建型模式中的单件模式（Singleton Pattern）。 单件模式的动机在于确保在一个应用程序中只有一个类的实例存在，这通常是为了控制资源的共享或协调全局的行为。在某些场景下，如日志记录、线程池或缓存管理，单例模式是非常适用的，因为它提供了单一访问点，减少了不必要的实例化开销，并且可以避免多个实例间的不一致。 单件模式的结构图通常显示一个类（Singleton）和其唯一的实例，以及一个全局访问点，允许其他对象获取这个唯一的实例。 **单件模式的意图**是确保一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点，使得所有需要该实例的代码都能够方便地获取到它。 **适用性**包括： 1. 当类应当只被实例化一次，且所有对象都可以通过同一个入口访问它。 2. 当这个唯一的实例需要被子类化，而客户端代码应能透明地使用扩展后的实例。 **代码实现**： 在C#中，单件模式的实现通常有两种方式，适用于不同的线程环境： 1. **单线程实现**：这是最基础的实现方式，但并不适合多线程环境。例如： ```csharp class SingleThread_Singleton { private static SingleThread_Singleton instance = null; private SingleThread_Singleton() {} public static SingleThread_Singleton Instance { get { return instance ??= new SingleThread_Singleton(); } } } ``` 在多线程环境下，这段代码可能会创建多个实例，因为线程同步没有得到妥善处理。 2. **多线程实现**：为了确保线程安全，可以使用`volatile`关键字和`lock`语句来确保只有一个线程能够实例化对象。例如： ```csharp class MultiThread_Singleton { private static volatile MultiThread_Singleton instance = null; private static object lockHelper = new object(); private MultiThread_Singleton() {} public static MultiThread_Singleton Instance { get { return instance ??= CreateInstance(); } } private static MultiThread_Singleton CreateInstance() { lock (lockHelper) { if (instance == null) { instance = new MultiThread_Singleton(); } } return instance; } } ``` 上述代码中，`volatile`关键字确保了`instance`变量的最新值对所有线程可见，而`lock`语句则确保了在同一时间只有一个线程能够进入创建实例的代码块。 在多线程环境中，这种实现方式是安全的，因为它通过锁来同步实例化过程，确保了即使在多个线程并发访问时，仍然只有一个实例被创建。 除了上述两种实现方式，还有其他方法，比如使用`Lazy<T>`类或者.NET框架提供的`System.Threading.Concurrent`命名空间中的`ConcurrentDictionary`。这些方法都提供了线程安全的单例实现，但具体选择哪种方式取决于项目的特定需求和性能考虑。 单件模式是设计模式中非常基础且常用的一种，它在控制类的实例数量和全局访问点方面提供了强大的功能。理解并正确应用单件模式是提升软件设计质量的关键之一。在C#中，可以根据项目的需求和环境选择合适的实现方式，以确保单例模式的正确性和线程安全性。