21. 单例模式
定义
单例模式（Singleton），保证一个类仅有一个实例，并提供一个访问它的全局访问点。
人话：单例模式就像以前的“计划生育”场景，一个家庭到底要不要再生孩子、能不能生，其实是由家庭自己控制的，而不是外界随便就能决定。也就是说，“是否创建新的实例”这件事，是对象自己负责的。
如果不用单例模式来设计，程序里任何地方都可以随意 new 一个对象，比如想用就 new 一个，这样就可能导致系统中出现很多个实例。对于某些对象来说（比如配置管理、日志系统、线程池等），出现多个实例不仅浪费资源，还可能导致数据不一致，这在软件中就属于实例失控、资源浪费、状态不一致。
而使用单例模式之后，就相当于把“能不能创建实例”的权力收归到类自己手里。类会把构造方法设为私有，外部无法直接 new，只能通过一个统一的入口（比如 GetInstance()）来获取实例。类内部会判断：如果还没有实例，就创建一个；如果已经有了，就直接返回已有的那个。
这样一来，不管程序中有多少地方在使用这个类，最终拿到的都是同一个对象。客户端不需要关心对象是怎么创建的，也不需要自己控制实例数量，只需要通过统一的入口获取即可。
在软件中也是一样：单例模式通过控制实例化过程，让系统中某个类始终只有一个对象存在，同时提供一个全局访问点，从而避免重复创建、保证数据一致性，并让资源使用更加可控。
单例模式（Singleton）结构图
Singleton类——单例类：
// Singleton（单例类）
class Singleton
{
// 静态实例
private static Singleton instance;
// 构造方法私有化，禁止外部 new
private Singleton()
{
}
// 获取实例的唯一入口（全局访问点）
public static Singleton GetInstance()
{
// 如果实例不存在，则创建
if (instance == null)
{
instance = new Singleton();
}
// 返回唯一实例
return instance;
}
}客户端代码：
static void Main(string[] args)
{
Singleton s1 = Singleton.GetInstance();
Singleton s2 = Singleton.GetInstance();
// 判断两个实例是否相同
if (s1 == s2)
{
Console.WriteLine("两个对象是相同的实例。");
}
Console.Read();
}通常我们可以让一个全局变量使得一个对象被访问，但它不能防止你实例化多个对象。一个最好的办法就是，让类自身负责保存它的唯一实例。这个类可以保证没有其他实例可以被创建，并且它可以 提供一个访问该实例的方法。
单例模式因为Singleton类封装它的唯一实例，这样它可以严格地控制客户怎样访问它以及何时访问它。简单地说就是对唯一实例的受控访问。
实用类通常也会采用私有化的构造方法来避免其有实例。但它们还是有很多不同的，比如实用类不保存状态，仅提供一些静态方法或静态属性让你使用，而单例类是有状态的。实用类不能用于继承多态，而单例虽然实例唯一，却是可以有子类来继承。实用类只不过是一些方法属性的集合，而单例却是有着唯一的对象实例。在运用中还得仔细分析再作决定用哪一种方式。
多线程（懒汉）
另外，多线程的程序中，多个线程同时，注意是同时访问Singleton 类，调用GetInstance0方法，会有可能造成创建多个实例的。可以给进程一把锁来处理。
lock语句的涵义：lock是确保当一个线程位于代码的临界区时，另一个线程不进入临界区。如果其他线程试图进入锁定的代码，则它将一直等待（即被阻止），直到该对象被释放。
加锁
Singleton类——线程安全单例（加锁版）：
// Singleton（线程安全单例 - 加锁版）
class Singleton
{
// 唯一实例
private static Singleton instance;
// 线程同步锁对象（静态只读）
private static readonly object syncRoot = new object();
// 构造方法私有化，禁止外部创建
private Singleton()
{
}
// 获取实例（线程安全）
public static Singleton GetInstance()
{
lock (syncRoot) // 同一时刻只允许一个线程进入
{
if (instance == null)
{
instance = new Singleton();
}
}
return instance;
}
}双重锁定
Singleton类——线程安全单例（双重锁定版）：
// Singleton（线程安全单例 - 双重锁定版）
class Singleton
{
// 唯一实例
private static Singleton instance;
// 线程同步锁对象（静态只读）
private static readonly object syncRoot = new object();
// 构造方法私有化，禁止外部创建
private Singleton()
{
}
// 获取实例（线程安全）
public static Singleton GetInstance()
{
if (instance == null) {
lock (syncRoot) // 同一时刻只允许一个线程进入
{
if (instance == null)
{
instance = new Singleton();
}
}
}
return instance;
}
}现在这样，我们不用让线程每次都加锁，而只是在实例未被创建的时候再加锁处理。同时也能保证多线程的安全。这种做法被称为 Double-CheckLocking （双重锁定）。
在外面已经判断了 instance 实例是否存在，为什么在lock里面还需要做一次 instance 实例是否存在的判断呢？对于 instance 存在的情况，就直接返回，这没有问题。当 instance 为 null 并且同时有两个线程调用
GetInstance()方法时，它们将都可以通过第一重instance == null的判断。然后由于 lock 机制，这两个线程则只有一个进入，另一个在外排队等候，必须要其中的一个进入并出来后，另一个才能进入。而此时如果没有了第二重的 instance 是否为 null 的判断，则第一个线程创建了实例，而第二个线程还是可以继续再创建新的实例，这就没有达到单例的目的。
静态初始化（饿汉）
Singleton类——静态初始化单例：
// Singleton（静态初始化版）
sealed class Singleton // sealed 阻止发生派生
{
// 静态只读实例，在类加载时创建（线程安全）
private static readonly Singleton instance = new Singleton();
// 构造方法私有化，防止外部实例化
private Singleton()
{
}
// 全局访问点
public static Singleton GetInstance()
{
return instance;
}
}instance 变量标记为 readonly ，这意味着只能在静态初始化期间或在类构造函数中分配变量。由于这种静态初始化的方式是在自己被加载时就将自己实例化，所以被形象地称之为饿汉式单例类，原先的单例模式处理方式是要在第一次被引用时，才会将自己实例化，所以就被称为懒汉式单例类。
由于饿汉式，即静态初始化的方式，它是类一加载就实例化的对象，所以要提前占用系统资源。然而懒汉式，又会面临着多线程访问的安全性问题，需要做双重锁定这样的处理才可以保证安全。所以到底使用哪一种方式，取决于实际的需求。从C#语言角度来讲，饿汉式的单例类已经足够满足我们的需求了。