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題目：設計一個類，我們只能生成該類的一個實例,。 分析：只能生成一個實例的類是實現(xiàn)了Singleton模式的類型,。 由于設計模式在面向?qū)ο蟪绦蛟O計中起著舉足輕重的作用，在面試過程中很多公司都喜歡問一些與設計模式相關的問題,。在常用的模式中,，Singleton是唯一一個能夠用短短幾十行代碼完整實現(xiàn)的模式。因此,，寫一個Singleton的類型是一個很常見的面試題,。 事實上，要讓一個類型是能創(chuàng)建一個實例不是一件很難的事情,。我們可以把該類型的構造函數(shù)設為private,，這樣該類型的用戶就不能創(chuàng)建該類型的實例了。然后我們在給類型中創(chuàng)建一個靜態(tài)實例,。當用戶需要該類型的實例時,，我們就返回這個實例?；谶@個思路,，我們可以用C#寫出如下代碼： // We can only get an instance of the class Singleton1. The instance // is created when class Singleton1 is referenced at the first time public sealed class Singleton1 { private Singleton1() { }
private static Singleton1 instance = new Singleton1(); public static Singleton1 Instance { get { return instance; } } }
由于類Singleton1 的實例是一個靜態(tài)變量，因此它會在該類型的第一次引用的時候被創(chuàng)建,，而不是第一次在調(diào)用Singleton1.get_Instance的時候被創(chuàng)建,。如果我們此時并不需要該實例，那么我們就過早地初始化該實例,，無論在內(nèi)存空間還是CPU時間上都是一種浪費,。 我們可以把上面的代碼稍作改動，就能實現(xiàn)在第一次調(diào)用Singleton_getInstance時候才會創(chuàng)建類型的唯一實例： // We can only get an instance of the class Singleton2. // The instance is created when we need it explicitly. public sealed class Singleton2 { private Singleton2() { }
private static Singleton2 instance = null; public static Singleton2 Instance { get { if (instance == null) instance = new Singleton2();
return instance; } } }
我們在單線程環(huán)境下只能得到類型Singleton2的一個實例,，但在多線程環(huán)境下情況就可能不同了,。設想如果兩個線程同時運行到語句if (instance == null)，而此時該實例的確沒有創(chuàng)建,，那么兩個線程都會創(chuàng)建一個實例,。此時，類型Singleton2就不在滿足模式Singleton的要求了,。 為了保證在多線程環(huán)境下我們還是只能得到類型的一個實例，我們應該在判斷實例是否已經(jīng)創(chuàng)建,，以及在實例還沒有創(chuàng)建的時候創(chuàng)建一個實例的語句上加一個同步鎖,。我們把Singleton2稍作修改就得到了如下代碼： // We can only get an instance of the class Singleton3, // even when there are multiple threads which are trying // to get an instance concurrently. public sealed class Singleton3 { private Singleton3() { }
private static readonly object syncObj = new object();
private static Singleton3 instance = null; public static Singleton3 Instance { get { lock (syncObj) { if (instance == null) instance = new Singleton3(); }
return instance; } } }
說明一下，由于C/C++沒有為線程同步提供直接的支持,。為了讓代碼顯得簡潔,，而不是讓大量的代碼在實現(xiàn)同步鎖而偏離了實現(xiàn)Singleton的主題,，本文的代碼用C#實現(xiàn)。 我們還是假設有兩個線程同時想創(chuàng)建一個實例,。由于在一個時刻只能有一個線程能得到同步鎖,。當?shù)谝粋€線程加上鎖時，第二個線程只能在等待,。當?shù)谝粋€線程發(fā)現(xiàn)實例還沒有創(chuàng)建時,，它創(chuàng)建出一個實例。接著第一個線程釋放同步鎖,。此時第二個線程可以加上同步鎖,，并運行接下來的代碼。由于此時實例已經(jīng)被第一個線程創(chuàng)建出來了,，第二個線程就不會重復創(chuàng)建實例了,。于是保證了我們只能得到一個實例。 但是類型Singleton3還不是完美,。由于我們每次調(diào)用Singleton3.get_Instance的時候,，都會試圖加上一個同步鎖。由于加鎖是一個非常耗時的操作,，在沒有必要的時候我們應該盡量避免這樣的操作,。 實際上，我們只是在實例還沒有創(chuàng)建之前需要加鎖操作,，以保證只有一個線程創(chuàng)建出實例,。而當實例已經(jīng)創(chuàng)建之后，我們已經(jīng)不需要再做加鎖操作了,。于是,，我們可以把上述代碼再作進一步的改進： // We can only get an instance of the class Singleton4, // even when there are multiple threads which are trying // to get an instance concurrently. When the instance has // been created, we don't need the lock any more. public sealed class Singleton4 { private Singleton4() { }
private static object syncObj = new object();
private static Singleton4 instance = null; public static Singleton4 Instance { get { if (instance == null) { lock (syncObj) { if (instance == null) instance = new Singleton4(); } }
return instance; } } }
我們只需要在最開始調(diào)用Singleton4_getInstance（可能來自一個線程，也可能來自多個線程）的時候需要加鎖,。當實例已經(jīng)創(chuàng)建之后,，我們就不再需要作加鎖操作，從而在后續(xù)調(diào)用Singleton4_getInstance時性能得到提升,。 關于第一種寫法的更多,，請參考http://en./wiki/Double-checked_locking。站在面試的角度,，本文的分析已經(jīng)足夠應付,。但如果想展示更多對多線程編程的理解，更深入地了解這個問題總是有益的,。 |
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