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