设计模式之Singleton
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引言
相信大多数拜读过"Gang Of Four"（Erich Gamma, Richard Helm, Ralph Johnson, John Vlissides）的经典之作《Design Pattern》的同僚们，对这本书一定推崇有加。曾有人这么宣告："只有在读过《Design Pattern》后，我的编程水平才真正得到了质的飞跃。"

那么，如何才能步入设计模式的殿堂？设计模式是资深程序员日积月累总结出来的一套可复用的、针对面向对象软件设计的解决方案，从这个意义上说，世界上存在无数多的设计模式，"Gang Of Four"总结的23种设计模式只是其中的23个精华。入手的关键就在于领会"设计模式"的思想，然后再将它们融会贯通、灵活应用到自己到开发过程中。

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Singleton模式
Singleton可以说是《Design Pattern》中最简单也最实用的一个设计模式。那么，什么是Singleton？

顾名思义，Singleton就是确保一个类只有唯一的一个实例。Singleton主要用于对象的创建，这意味着，如果某个类采用了Singleton模式，则在这个类被创建后，它将有且仅有一个实例可供访问。很多时候我们都会需要Singleton模式，最常见的比如我们希望整个应用程序中只有一个连接数据库的Connection实例；又比如要求一个应用程序中只存在某个用户数据结构的唯一实例。我们都可以通过应用Singleton模式达到目的。

一眼看去，Singleton似乎有些像全局对象。但是实际上，并不能用全局对象代替Singleton模式，这是因为：其一，大量使用全局对象会使得程序质量降低，而且有些编程语言例如C#，根本就不支持全局变量。其二，全局对象的方法并不能阻止人们将一个类实例化多次：除了类的全局实例外，开发人员仍然可以通过类的构造函数创建类的多个局部实例。而Singleton模式则通过从根本上控制类的创建，将"保证只有一个实例"这个任务交给了类本身，开发人员不可能再有其它途径得到类的多个实例。这一点是全局对象方法与Singleton模式的根本区别。

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Singleton模式的实现
Singleton模式的实现基于两个要点：

1）不直接用类的构造函数，而另外提供一个Public的静态方法来构造类的实例。通常这个方法取名为Instance。Public保证了它的全局可见性，静态方法保证了不会创建出多余的实例。

2）将类的构造函数设为Private，即将构造函数"隐藏"起来，任何企图使用构造函数创建实例的方法都将报错。这样就阻止了开发人员绕过上面的Instance方法直接创建类的实例。

通过以上两点就可以完全控制类的创建：无论有多少地方需要用到这个类，它们访问的都是类的唯一生成的那个实例。以下C＃代码展现了两种实现Singleton模式的方式，开发人员可以根据喜好任选其一。

实现方式一：Singleton.cs

using System;
class SingletonDemo
{    private static SingletonDemo theSingleton = null;
    private SingletonDemo() {}
    public static SingletonDemo Instance()
    {    if (null == theSingleton)
        {
            theSingleton = new SingletonDemo();
        }
        return theSingleton;
    }
    static void Main(string[] args)
    {    SingletonDemo s1 = SingletonDemo.Instance();
        SingletonDemo s2 = SingletonDemo.Instance();
        if (s1.Equals(s2))
        {    Console.WriteLine("see, only one instance!");
        }
    }
}
        
与之等价的另外一种实现方式是：Singleton.cs：

using System;

class SingletonDemo
{    private static SingletonDemo theSingleton = new SingletonDemo();
    private SingletonDemo() {}
    public static SingletonDemo Instance()
    {    return theSingleton;
    }
    static void Main(string[] args)
    {    SingletonDemo s1 = SingletonDemo.Instance();
        SingletonDemo s2 = SingletonDemo.Instance();
        if (s1.Equals(s2))
        {    Console.WriteLine("see, only one instance!");
        }
    }
}
        
编译执行：

Csc Singleton.cs

得到运行结果：

see, only one instance!

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.NET中的Singleton
因为Singleton模式具有这样实用的价值，开发人员除了可以在程序代码中直接使用Singleton模式外，在许多大型系统的实现上也都处处可见它的影子。在微软隆重推出的.NET框架中，同样也可以发现Singleton思想闪烁的光芒。

举例来说，在.NET框架的重要组成部分Remoting中，远程对象（Remote Object）有两种激活方式：服务器端激活方式和客户端激活方式。采用服务器端激活方式的对象又分为两种类型：Singleton对象和SingleCall对象。Singleton 对象是这样的对象：无论该对象有多少个客户端调用，它总是只有一个实例，由这个实例来处理所有的客户端请求。相反地，若将远程对象声明为 SingleCall，则系统会为每次客户端方法的调用创建一个新对象，即使这些方法调用来自同一个客户端，也即，对象只在方法调用持续期间存在，一旦方法调用结束，该对象就会被销毁。显而易见，这里的Singleton对象就是设计模式Singleton思想在.NET中的应用。

那么，如何在.NET的Remoting中利用Singleton？.NET提供了两种方式将一个远程对象注册为Singleton：直接调用RegisterWellKnownServiceType方法，在参数中指定对象类型为Singleton；或在配置文件web.config中设定远程对象的类型为Singleton。这两种方法的效果相同，所不同的是后一种方法显得更加方便，因为改变配置文件的内容后，不必重新编译应用程序。下列代码显示了如何使用RegisterWellKnownServiceType方法注册远程对象类型：

RemotingConfiguration.RegisterWellKnownServiceType( Type.GetType("RemotingSamples.HelloServer,object"), "SayHello", WellKnownObjectMode.Singleton);

参数"SayHello"是客户端访问远程对象（这里是HelloServer）时用来代表远程对象的URI，例如tcp://localhost:8085/SayHello（假设使用的是TCP通道）。

最后一个参数就指明了这个远程对象是Singleton类型。一旦将远程对象注册为Singleton，则在第一次客户端调用HelloServer的方法时创建这个远程对象，然后保持它直到客户端中断连接或对象超时被销毁为止。在此期间，无论有多少个客户端调用这个远处对象，所有的客户请求都将由那个已经存在的唯一实例接受处理。

这就是Singleton在.NET中的应用。

从Singleton模式的实现和应用中也可以看出，优秀的设计模式往往都具有"简约之美"。它们采用一种"优雅"的方式，将那些成功的设计方法和体系结构能够得以被简单、方便地复用。这也是为什么现在的软件开发日益强调"设计模式"的原因之所在。如果想进一步了解更多的设计模式，还是推荐各位阅读Erich Gamma, Richard Helm, Ralph Johnson, John Vlissides的经典之作《Design Pattern》。

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作者：刘英丹