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所属分类：.NET技术
概述
单例模式大概是23种设计模式里面用的最多，也用的最普遍的了,也是很多很多人一问设计模式都有哪些必答的第一种了；我们先复习一下饿汉式和懒汉式的单例模式，再谈其创建方式会带来什么问题，并一一解决！还是老规矩，先上代码，不上代码，纸上谈兵咱把握不住。
饿汉式代码
public class SingleHungry { private readonly static SingleHungry _singleHungry = new SingleHungry(); private SingleHungry() { } public static SingleHungry GetSingleHungry() { return _singleHungry; } }
代码很简单，意思也很明确，接着我们写点代码测试验证一下；
第一种测试： 构造函数私有的，new的时候报错，因为我们的构造函数是私有的。
SingleHungry _singleHungry=new SingleHungry();
第二种测试： 比对创建多个对象，然后多个对象的Hashvalue
public class SingleHungryTest { public static void FactTestHashCodeIsSame() { Console.WriteLine("单例模式.饿汉式测试!"); var single1 = SingleHungry.GetSingleHungry(); var single2 = SingleHungry.GetSingleHungry(); var single3 = SingleHungry.GetSingleHungry(); Console.WriteLine(single1.GetHashCode()); Console.WriteLine(single2.GetHashCode()); Console.WriteLine(single3.GetHashCode()); } }
测试下来，三个对象的hash值是一样的。如下图：
饿汉式结论总结
饿汉式的单例模式不推荐使用，因为还没调用，对象就已经创建，造成资源的浪费;
懒汉式代码
public class SingleLayMan { //1、私有化构造函数 private SingleLayMan() { } //2、声明静态字段 存储我们唯一的对象实例 private static SingleLayMan _singleLayMan; //通过方法 创建实例并返回 public static SingleLayMan GetSingleLayMan1() { //这种方式不可用 会创建多个对象，谨记 return _singleLayMan = new SingleLayMan(); } /// <summary> ///懒汉式单例模式只有在调用方法时才会去创建，不会造成资源的浪费 /// </summary> /// <returns></returns> public static SingleLayMan GetSingleLayMan2() { if (_singleLayMan == null) { Console.WriteLine("我被创建了一次！"); _singleLayMan = new SingleLayMan(); } return _singleLayMan; } }
测试代码
public class SingleLayManTest { /// <summary> /// 会创建多个对象.hash值不一样 /// </summary> public static void FactTest() { Console.WriteLine("单例模式.懒汉式测试!"); var singleLayMan1 = SingleLayMan.GetSingleLayMan1(); var singleLayMan2 = SingleLayMan.GetSingleLayMan1(); Console.WriteLine(singleLayMan1.GetHashCode()); Console.WriteLine(singleLayMan2.GetHashCode()); } /// <summary> /// 单例模式.懒汉式测试：懒汉式单例模式只有在调用方法时才会去创建，不会造成资源的浪费,但会有线程安全问题 /// </summary> public static void FactTest1() { Console.WriteLine("单例模式.懒汉式测试!"); var singleLayMan1 = SingleLayMan.GetSingleLayMan2(); var singleLayMan2 = SingleLayMan.GetSingleLayMan2(); Console.WriteLine(singleLayMan1.GetHashCode()); Console.WriteLine(singleLayMan2.GetHashCode()); } /// <summary> /// 单例模式.懒汉式多线程环境测试! /// </summary> public static void FactTest2() { Console.WriteLine("单例模式.懒汉式多线程环境测试!"); for (int i = 0; i < 10; i++) { new Thread(() => { SingleLayMan.GetSingleLayMan2(); }).Start(); } //Parallel.For(0, 10, d => { // SingleLayMan.GetSingleLayMan2(); //}); } }
懒汉式结论总结
懒汉式的代码如上已经概述，上面GetSingleLayMan1()会创建多个对象，这个没什么好说的，肯定不推荐使用；GetSingleLayMan2()是大多数人经常使用的，可解决刚才因为饿汉式创建带来的缺点，但也带来了多线程的问题，如果不考虑多线程，那是够用了。
话说回来，既然刚才饿汉式和懒汉式各有其优缺点，那我们该如何抉择呢？到底选择哪一种？
其它方式创建单例—饿汉式+静态内部类
public class SingleHungry2 { public static SingleHungry2 GetSingleHungry() { return InnerClass._singleHungry; } public static class InnerClass { public readonly static SingleHungry2 _singleHungry = new SingleHungry2(); } }
这个代码，用了饿汉式结合静态内部类来创建单例，线程也安全，不失为创建单例的一种办法。
其它方式创建单例—懒汉式+反射
首先我们解决一下刚才懒汉式创建单例的线程安全问题，上代码：
/// <summary> /// 通过反射破坏创建对象 /// </summary> public class SingleLayMan1 { //私有化构造函数 private SingleLayMan1() { } //2、声明静态字段 存储我们唯一的对象实例 private static SingleLayMan1? _singleLayMan; private static object _oj = new object();
/// <summary> /// //解决多线程安全问题，双重锁定，减少系统消耗，节约资源 /// </summary> public static SingleLayMan1 GetSingleLayMan() { if (_singleLayMan == null) { lock (_oj) { if (_singleLayMan == null) { _singleLayMan = new SingleLayMan1(); Console.WriteLine("我被创建了一次！"); } } } return _singleLayMan; } }
具体描述，在代码里面已经说得足够清楚，一看肯定明白，我们还是写点测试代码，验证一下，上代码：
public class SingleLayManTest1 { public static void FactTestReflection() { var singleLayMan1= SingleLayMan1.GetSingleLayMan(); var type = Type.GetType("_01单例模式.反射破坏单例模式.SingleLayMan1"); //获取私有的构造函数 var ctors = type?.GetConstructors(System.Reflection.BindingFlags.Instance | System.Reflection.BindingFlags.NonPublic); //执行构造函数 SingleLayMan1 singleLayMan = (SingleLayMan1)ctors[0].Invoke(null); Console.WriteLine(singleLayMan1.GetHashCode()); Console.WriteLine(singleLayMan.GetHashCode()); } }
上面的代码分别通过SingleLayMan1.GetSingleLayMan2()和反射创建对象，输出二者对象hash值比较，结果肯定是不一样的，重点是我们可以通过反射创建对象。
通过上面的代码，不知道大家有没有意识到我们虽通过加锁解决了线程安全问题，但仍会出现问题；正常创建对象的顺序是：
1、new 在内存中开辟空间
2、 执行构造函数 创建对象
3、 把空间指向我们的对像
但如果因为我们的程序使用多线程，则会发生"指令重排",本应执行顺序为1、2、3，实际执行顺序为1、3、2,但这种情况很少，不过我们写程序嘛，肯定追求严谨一点准没错。
如果需要解决该问题需要给定义的私有局部变量加关键字 加上volatile (意思不稳定的 ，可变的) ,加该关键字可以避免指令重排。具体代码主要是这句如下：
private volatile static SingleLayMan? _singleLayMan;
到这里，大家认为还有没有问题？答案是肯定的，不然我就不会写这篇文章了，通过反射既然可以创建对象，那么我们写的创建实例代码还有什么意义，有没有什么办法避免反射创建对象呢？
如果认真看了之前的反射创建对象代码，肯定发现反射是通过构造函数来创建对象的，那么我们相应的就在构造函数处理一下。来，我们继续上代码：
/// <summary> /// 解决反射创建对象的问题 /// </summary> public class SingleLayMan3 { //2、声明静态字段 存储我们唯一的对象实例 private volatile static SingleLayMan3? _singleLayMan; private static object _oj = new object(); //私有化构造函数 private SingleLayMan3() { lock (_oj) { if (_singleLayMan != null) { throw new Exception("不要通过反射来创建对像！"); } } } /// <summary> /// //解决多线程安全问题，双重锁定，减少系统消耗，节约资源 /// </summary> public static SingleLayMan3 GetSingleLayMan() { if (_singleLayMan == null) { lock (_oj) { if (_singleLayMan == null) { _singleLayMan = new SingleLayMan3(); Console.WriteLine("我被创建了一次！"); } } } return _singleLayMan; } }
下面继续上测试代码，验证一下：
public class SingleLayManTest3 { /// <summary> /// 第一次通过调用 SingleLayMan3.GetSingleLayMan()创建对象导致_singleLayMan不为空，之后再去通过反射创建对象时，构造函数里面判断创建对象导致_singleLayMan变量，报异常 /// </summary> public static void FactTestReflection() { var singleLayMan1= SingleLayMan3.GetSingleLayMan(); var type = Type.GetType("_01单例模式.反射破坏单例模式.SingleLayMan3"); //获取私有的构造函数 var ctors = type?.GetConstructors(System.Reflection.BindingFlags.Instance | System.Reflection.BindingFlags.NonPublic); //执行构造函数 SingleLayMan3 singleLayMan = (SingleLayMan3)ctors[0].Invoke(null); Console.WriteLine(singleLayMan1.GetHashCode()); Console.WriteLine(singleLayMan.GetHashCode()); } }
结论其实测试方法已经说明：第一次通过调用 SingleLayMan3.GetSingleLayMan()创建对象导致_singleLayMan不为空，之后再去通过反射创建对象时，构造函数里面判断创建对象导致_singleLayMan变量，报异常。
其实到这里，有人肯定发现了问题，第一次通过去执行自己写的创建单例方法来创建对象，后面再执行反射时才会报异常，那有没有什么办法，只要有人第一次反射创建对象时就报异常呢？
定义局部变量解决反射创建对象问题
public class SingleLayMan4 { //2、声明静态字段 存储我们唯一的对象实例 private volatile static SingleLayMan4? _singleLayMan; private static object _oj = new object(); private static bool _isOk = false; //私有化构造函数 private SingleLayMan4() { lock (_oj) { if (_isOk == false) { _isOk = true; } else { throw new Exception("不要通过反射来创建对像！只有第一次通过反射创建对象会成功！请做第一个吃葡萄的人！"); } } } /// <summary> /// //解决多线程安全问题，双重锁定，减少系统消耗，节约资源 /// </summary> public static SingleLayMan4 GetSingleLayMan() { if (_singleLayMan == null) { lock (_oj) { if (_singleLayMan == null) { _singleLayMan = new SingleLayMan4(); Console.WriteLine("我被创建了一次！"); } } } return _singleLayMan; } }
测试代码，验证一下：
public static void FactTestReflection() { //第一次创建对象会成功 var singleLayMan1 = GetReflectionSingleLayMan4Instance(); //第二次创建对象会失败，报异常 var singleLayMan2 = GetReflectionSingleLayMan4Instance(); Console.WriteLine(singleLayMan1.GetHashCode()); } private static SingleLayMan4 GetReflectionSingleLayMan4Instance() { var type = Type.GetType("_01单例模式.反射破坏单例模式.SingleLayMan4"); //获取私有的构造函数 var ctors = type?.GetConstructors(BindingFlags.Instance | BindingFlags.NonPublic); //执行构造函数 SingleLayMan4 singleLayMan = (SingleLayMan4)ctors[0].Invoke(null); return singleLayMan; }
第一次创建对象会成功，因为执行构造函数时没有执行GetSingleLayMan()，跨过了new，导致_isOk赋值true，第二次反射创建执行构造函数时判断变量_isOk为true，走入异常逻辑。
但这样做真的就安全了吗？既然可以通过反射执行构造函数来创建对象，那也可以通过反射改变局部变量_isOk 的值，上代码：
/// <summary> /// 通过反射也可以改变局部变量_isOk的值,继续创建对象 /// </summary> public static void FactTestReflection2() { Type type = Type.GetType("_01单例模式.反射破坏单例模式.SingleLayMan4"); //获取私有的构造函数 var ctors = type?.GetConstructors(BindingFlags.Instance | BindingFlags.NonPublic); //执行构造函数 SingleLayMan4 singleLayMan1 = (SingleLayMan4)ctors[0].Invoke(null); FieldInfo fieldInfo = type.GetField("_isOk", BindingFlags.NonPublic | BindingFlags.Static); fieldInfo.SetValue("_isOk", false); SingleLayMan4 singleLayMan2 = (SingleLayMan4)ctors[0].Invoke(null); Console.WriteLine(singleLayMan1.GetHashCode()); Console.WriteLine(singleLayMan2.GetHashCode()); }
最后
大家或许发现了，只要有反射存在，哪怕你的逻辑写的再严谨，它仍然可以反射创建对象，只因为它是反射！所以，单例模式的安全性也是相对而言的，具体选择用哪个，取决项目的业务场景了。如有发现问题，欢迎不吝赐教！
