6 单例模式及其多线程问题

一、单例模式

单例模式可以保证一个类仅有一个实例，这个模式应该更简单工厂一样常用了吧，但对我来说，以前都是瞎用，这是第一次深度学习单例模式。

最简单的单例模式代码是这样的：

class Singleton
{
    private static Singleton _instance;
    private Singleton() { }

    public static  Singleton GetInstance()
    {
            if (_instance == null)
                _instance = new Singleton();
            return _instance;
    }
}

核心思想是通过将构造函数设置成私有，并提供静态的公开方法来输出实例，这样就杜绝了外部多次实例化类的可能，在类内部保证了只产生一个实例。

二、多线程问题
上面的方法在多线程下会有漏洞，导致产生多个实例。比如三个线程同时执行到if (_instance == null)这一句，那么就会产生三个实例。这违背了我们的初衷。

在解决这个问题的方法上，有两种形式（lazy load和eager load）

1) lazy load

懒加载，在要用到类的实例的时候才实例化，前面的代码已经是lazy load模式了，但需要针对多线程做一些改进。在c#中，使用lock同步机制。如下：

class LazyLoadSingleton
{
    private static LazyLoadSingleton _instance;
    private static readonly object syncRoot = new object();
    private LazyLoadSingleton() { }
    public static LazyLoadSingleton GetInstance()
    {
        lock (syncRoot)
        {
            if (_instance == null)
            {
                _instance = new LazyLoadSingleton();
            }
        }
        return _instance;
    }

}

被lock包围的代码块成为了临界区，多个线程执行到lock语句的时候，将顺序执行。

这里有个细节需要注意，lock(synRoot)，而不是_instance或this，因为_instance没实例的时候，这块会报错;this也无法在静态类使用，所以用了辅助对象synRoot。

然而，这种方法虽然解决了多个实例的问题，却带来了性能的瓶颈，因为每个行程到这儿都必须排队通过。那么继续改进，使用“双重检查加锁(double-checked locking)”：

public static LazyLoadSingleton GetInstance()
{
    if (_instance == null)
    {
        lock (syncRoot)
        {
            if (_instance == null)
            {
                _instance = new LazyLoadSingleton();
            }
        }
    }
    return _instance;
}

只有在初次实例化的时候才进行锁定，之后都直接return _instance;

这样便完美了，不得不感叹前辈们的创造力与执着啊！

2） eager load

“急切地”加载，即在类被加载的时候就将自身实例化：

class EagerlyLoadSingleton
{
    private static readonly EagerlyLoadSingleton _instance = new EagerlyLoadSingleton();
    private EagerlyLoadSingleton() { }
    public static EagerlyLoadSingleton GetInstance()
    {
        return _instance;
    }
    public void Test()
    {
        Console.WriteLine("Test EagerlyLoadSingleton");
    }
}

_instance被标记为readonly。

具体为什么这样，后续需要仔细学学readonly。

三、lazy load与eager load比较

lazy load在第一次被引用（调用GetInstance）的时候才实例化，eager load则在类被加载的时候就实例化。lazy load由于需要手动控制多线程下的实例化同步，代码比eager load复杂。最终，具体选用哪种方式根据实际应用场景决定，比如内存占用、调用频率等。