单例模式设计与实现

软件设计模式及应用软件设计模式是指在软件设计过程中，通过总结和归纳出现的实际问题及解决办法，提炼出的一套经验和规范化的解决方案模板。

设计模式旨在提高代码的可复用性、可扩展性和可维护性，同时也能够提高软件设计的灵活性和可靠性。

常见的软件设计模式包括单例模式、工厂模式、观察者模式、代理模式、装饰器模式等。

下面以几个常见的设计模式为例，介绍其应用场景和具体实现方式。

1. 单例模式：单例模式是一种创建型设计模式，保证一个类只能实例化一个对象，并提供一个全局访问点。

在应用中，当需要一个全局唯一的对象时，可以使用单例模式来保证对象的唯一性。

例如，在某个系统中，需要记录系统日志，并将日志保存到一个文件中。

可以使用单例模式来创建一个全局唯一的日志记录器，以便在各个模块中都可以访问和使用该日志记录器。

单例模式的实现方式有多种，常见的有饿汉式和懒汉式。

饿汉式在类加载时就创建对象，并提供一个静态方法返回该对象；懒汉式在第一次调用时才创建对象，并提供一个静态方法返回该对象。

2. 工厂模式：工厂模式是一种创建型设计模式，将对象的创建和使用分离，通过一个工厂类来创建对象。

工厂模式可以隐藏对象的具体实现，提供一致的接口供调用方使用。

例如，假如有一个图表软件，可以创建不同类型的图表，如饼图、柱状图、折线图等。

可以使用工厂模式来创建图表对象，调用方通过工厂类来创建具体的图表对象，而无需关注图表对象的具体创建过程。

工厂模式可以根据不同的调用需求，提供不同的工厂类。

常见的工厂模式包括简单工厂模式、工厂方法模式和抽象工厂模式。

3. 观察者模式：观察者模式是一种行为型设计模式，建立对象之间的一对多关系，当一个对象的状态发生变化时，其他依赖该对象的对象都会收到通知并更新状态。

例如，在一个购物网站中，当用户下单购买商品时，需要通知库存管理系统和订单管理系统等进行相应的处理。

可以使用观察者模式，在用户下单时，通知相关的系统进行处理。

观察者模式由被观察者和观察者组成。

单例模式单例模式(Singleton Pattern)是Java中最简单的设计模式之一。

这种类型的设计模式属于创建型模式，它提供了一种创建对象的最佳方式。

这种模式涉及到一个单一的类，该类负责创建自己的对象，同时确保只有单个对象被创建。

这个类提供了一种访问其唯一的对象的方式，可以直接访问，不需要实例化该类的对象。

注意：•1、单例类只能有一个实例。

•2、单例类必须自己创建自己的唯一实例。

•3、单例类必须给所有其他对象提供这一实例。

介绍意图：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。

主要解决：一个全局使用的类频繁地创建与销毁。

何时使用：当您想控制实例数目，节省系统资源的时候。

如何解决：判断系统是否已经有这个单例，如果有则返回，如果没有则创建。

关键代码：构造函数是私有的。

应用实例：1、一个党只能有一个主席。

2、Windows是多进程多线程的，在操作一个文件的时候，就不可避免地出现多个进程或线程同时操作一个文件的现象，所以所有文件的处理必须通过唯一的实例来进行。

3、一些设备管理器常常设计为单例模式，比如一个电脑有两台打印机，在输出的时候就要处理不能两台打印机打印同一个文件。

优点：1、在内存里只有一个实例，减少了内存的开销，尤其是频繁的创建和销毁实例(比如管理学院首页页面缓存)。

2、避免对资源的多重占用(比如写文件操作)。

缺点：没有接口，不能继承，与单一职责原则冲突，一个类应该只关心内部逻辑，而不关心外面怎么样来实例化。

使用场景：1、要求生产唯一序列号。

2、WEB中的计数器，不用每次刷新都在数据库里加一次，用单例先缓存起来。

3、创建的一个对象需要消耗的资源过多，比如I/O与数据库的连接等。

注意事项：getInstance()方法中需要使用同步锁synchronized (Singleton.class)防止多线程同时进入造成instance被多次实例化。

实现我们将创建一个SingleObject类。

单例模式实验心得一、实验目的本次实验的目的是深入了解单例模式，掌握其基本原理和应用方法，并通过编写代码来实现单例模式。

二、实验内容1. 单例模式的概念单例模式是一种常用的设计模式，其主要作用是保证一个类仅有一个实例，并提供一个全局访问点。

在程序中，有些类只需要存在一个实例，如线程池、数据库连接池等等。

使用单例模式可以避免多个对象同时对同一个资源进行修改而引起冲突。

2. 单例模式的实现方式单例模式有多种实现方式，其中比较常见的有以下几种：（1）饿汉式：在类加载时就创建对象。

（2）懒汉式：在第一次调用时才创建对象。

（3）双重检查锁定：使用双重锁定机制保证线程安全。

（4）静态内部类：利用静态内部类特性来创建唯一实例。

3. 实验步骤本次实验采用懒汉式单例模式进行编写。

具体步骤如下：（1）定义一个私有构造方法，防止其他类直接创建该类的对象。

（2）定义一个私有静态变量，在第一次调用getInstance()方法时才创建对象。

（3）定义一个公有静态方法getInstance()，返回该类的唯一实例。

（4）编写测试代码，验证单例模式是否生效。

三、实验过程1. 定义一个单例类public class Singleton {private static Singleton instance = null;private Singleton() {}public static Singleton getInstance() {if (instance == null) {instance = new Singleton();}return instance;}}2. 编写测试代码public class TestSingleton {public static void main(String[] args) {// 创建两个实例Singleton s1 = Singleton.getInstance(); Singleton s2 = Singleton.getInstance();// 判断是否为同一个实例System.out.println(s1 == s2); // true}}四、实验结果通过运行测试代码，可以发现创建的两个实例是同一个对象，即单例模式生效。

TypeScript实现设计模式——单例模式最近在学习设计模式，⼜正好刚上⼿了typescript，就想要⽤ts实现⼀下试试。

单例模式的⽬的是限制⼀个类只能被实例化⼀次，提供⼀个全局的访问点。

单例模式⼜被分为懒汉单例模式和饿汉单例模式，懒汉单例模式就是在第⼀次调⽤时实例化，饿汉单例模式是类加载时就实例化。

核⼼要点：把⼀个静态私有变量确⽴为唯⼀的实例，外部通过静态⽅法访问这个唯⼀的实例，并把构造函数设为私有。

懒汉单例模式class PeopleSingle {/**核⼼ - ⼀个接收实例的静态成员 */private static people: PeopleSingle;private name: string;/**核⼼ - 私有构造函数 */private constructor(name: string) { = name;}/**核⼼ - 获取实例 */public static getInstance(): PeopleSingle {if (this.people == null) {this.people = new PeopleSingle('⾦闪闪');}return PeopleSingle.people;}public say(): void {console.log(`I'm ${}.`);}}测试let people = PeopleSingle.getInstance();people.say();饿汉单例模式class PeopleSingle {/**核⼼ - ⼀个接收实例的静态成员，直接创建好实例 */private static people: PeopleSingle = new PeopleSingle('⾦闪闪');private name: string;/**核⼼ - 私有构造函数 */private constructor(name: string) { = name;}/**核⼼ - 获取实例 */public static getInstance(): PeopleSingle {return PeopleSingle.people;}public say(): void {console.log(`I'm ${}.`);}}测试let people = PeopleSingle.getInstance();people.say();举的例⼦不是特别好，但是意思是这个意思。

三种单例模式的实现方式一、饿汉式单例模式饿汉式单例模式是指在类加载时就创建好实例对象，即在类的静态成员变量中直接创建实例。

这种方式的优势在于实现简单，线程安全，且在多线程环境下能保证只会创建一个实例对象。

然而，由于是在类加载时就创建实例，所以会占用一定的内存空间，无论是否使用该实例。

二、懒汉式单例模式懒汉式单例模式是指在需要使用实例对象时才会创建对象，即在getInstance方法中判断实例是否已经创建，如果已经创建则直接返回，否则再创建实例并返回。

这种方式的优势在于节省了内存空间，只有在需要使用时才会创建实例。

然而，懒汉式单例模式在多线程环境下可能会存在线程安全问题，需要考虑加锁或使用双重检查锁定等方式来保证线程安全。

三、静态内部类单例模式静态内部类单例模式是指将实例对象的创建延迟到静态内部类中，通过静态内部类的加载保证了实例的唯一性。

静态内部类只有在被调用时才会加载，所以可以实现懒加载的效果，并且由于静态内部类只会被加载一次，所以保证了线程安全。

这种方式的优势在于实现简单，线程安全，且能延迟加载。

饿汉式单例模式适用于实例创建耗时较短且占用内存较小的情况，适合在初始化时就创建好实例对象的场景。

懒汉式单例模式适用于实例创建耗时较长且占用内存较大的情况，适合在需要使用实例时再创建实例对象的场景。

静态内部类单例模式适用于实例创建耗时较长且占用内存较大的情况，且需要保证线程安全的场景。

总结起来，三种单例模式的实现方式各有优劣，根据具体的场景需求选择合适的方式来创建实例对象。

在实际开发中，需要考虑到线程安全、内存占用、实例创建时机等因素，选择最适合的单例模式来实现。

通过合理使用单例模式，可以有效地控制实例对象的创建和使用，提高系统的性能和效率。

单例模式（Winform窗体的实现） 在我的设计模式分类当中，我选择单例模式作为我第⼀个要写的设计模式，其⼀，单例模式简单、容易理解让⼈接受，其⼆，单例模式很常⽤，在实际的Winform窗体应⽤开发中能够带来更好的客户体验。

单例模式的核⼼是在应⽤程序的⽣命周期中只实例化⼀次当前类，让整个应⽤整个应⽤程序中只拥有⼀个当前类实例化的对象，在Winform应⽤程序中，我们显⽰窗体的⽅法有两种⽅法：第⼀种，Show()⽅法，这种⽅法当点击多次按钮的时候会显⽰多个当前的窗体，造成操作不便。

第⼆种，ShowDialog()⽅法，这种⽅法显⽰出窗体之后，我们只能对当前窗体进⾏操作直到这个窗体关闭之后，⽤户体验不好。

那怎样才能只产⽣⼀个窗体，⽽且不影响对其他窗体的操作？解决这样的问题我们最简单的想法就是如果每次我们单机按钮都使⽤相同的实例化对象，就只能产⽣⼀个窗体了，再使⽤Show()⽅法显⽰窗体就不会影响其他窗体的操作了。

说了这么多，让我们看看怎么在窗体中使⽤单例模式吧，核⼼参考代码如下：public partial class FrmSingleton : Form{private static FrmSingleton frm = null;private FrmSingleton(){InitializeComponent();}public static FrmSingleton CreateInstrance(){if (frm == null){frm = new FrmSingleton();}return frm;}}FrmSingleton 从上⾯的代码我们可以看出使⽤单例模式有三个重要的要点： （1）构造⽅法⼀定要定义成私有的（这样做的好处就是我们只能在当前类⾥⾯实例化⼀个对象，类外⾯不能实例化，外界想使⽤的话我们可以给它提供⼀个静态⽅法供外界获取） （2）定义⼀个私有的数据类型为当前类的变量（⽤于保证类的实例化对象的唯⼀性） （3）定义⼀个静态的⽅法⽤于给外界提供当前类的实例化对象 上⾯是单例模式使⽤当中应该注意的地⽅，定义好了之后，我们就要在主窗体中的button事件中调⽤它了，具体代码如下：private void button1_Click(object sender, EventArgs e){FrmSingleton FrmSingleton = FrmSingleton.CreateInstrance();FrmSingleton.Show();}button事件调⽤ 好了，⼀个简单的单例模式的Demo就写完了，我们运⾏⼀下应⽤程序，多次点击按钮，也只产⽣⼀个窗体，是不是很有成就感，但是这个时候⼀定不要激动太早，当我们关闭当前打开的窗体之后，再次单机按钮则提⽰我们“⽆法访问已经释放的内存”，其实也很容易解释，当我们关闭窗体时，C#默认的垃圾回收机制会回收我们的frm对象,但此时frm对象并不为null，当我们再次使⽤frm==null进⾏判断时，结果是false，返回出去的是释放内存的frm对象，所以造成这样的结果，那么我们怎么做才能避免异常呢，最简单的做法就是在判断frm==null的地⽅添加⼀个或运算，判断⼀下是否已经释放，如果释放了，我们也要进⾏再次实例化，修改我们刚才的代码，修改后的代码如下：public partial class FrmSingleton : Form{private static FrmSingleton frm = null;private FrmSingleton(){InitializeComponent();}public static FrmSingleton CreateInstrance(){if (frm == null ||frm.IsDisposed){frm = new FrmSingleton();}return frm;}}FrmSingleton 这样我们在运⾏代码，就不会出现我们刚才遇到的问题了，⼀个简单的单例模式这样才算结束，⼜可以愉快的玩耍了。

系统设计常见的设计模式及其实际应用案例在软件开发领域，设计模式是一组被广泛应用于解决常见问题的可重复利用的解决方案。

设计模式可以提高代码的可读性、可维护性和可扩展性，使系统更加灵活和可靠。

本文将介绍一些常见的系统设计模式，并提供相应的实际应用案例。

一、单例模式单例模式是一种创建型模式，它保证一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点。

单例模式常被用于数据库连接、日志记录器等资源共享的场景。

实际应用案例：Java中的Runtime类就是一个典型的单例模式。

通过调用`Runtime.getRuntime()`方法，可以获取到全局唯一的Runtime实例，从而实现对系统运行时环境的访问。

二、工厂模式工厂模式是一种创建型模式，它定义了一个用于创建对象的接口，但具体的对象创建逻辑由具体的工厂类来实现。

工厂模式能够将对象的创建与使用分离，降低了耦合性。

实际应用案例：在Java中，Calendar类就是通过工厂模式来创建日期对象的。

通过调用`Calendar.getInstance()`方法，可以根据当前系统的时区和语言环境，返回一个具体实现的Calendar对象。

三、观察者模式观察者模式是一种行为型模式，它定义了一种一对多的依赖关系，使得当一个对象状态发生变化时，其依赖对象能够自动收到通知并进行相应的更新。

实际应用案例：Android中的广播机制就是观察者模式的实际应用。

当一个广播消息被发送时，所有注册了相应广播接收器的组件都能够接收到并做出响应。

四、策略模式策略模式是一种行为型模式，它定义了一系列可相互替换的算法，并将每个算法封装在独立的类中。

通过切换不同的策略对象，可以在运行时改变系统的行为。

实际应用案例：在电商系统中，用户下单时可以选择不同的支付方式，比如支付宝、微信、银行卡等。

这些不同的支付方式就可以使用策略模式来实现。

五、装饰者模式装饰者模式是一种结构型模式，它允许动态地为对象添加额外的功能，同时又不改变其原有的结构。

单例模式的四种实现方式四种单例模式的实现方式单例模式是一种常见的设计模式，它保证一个类只有一个实例，并提供一个全局的访问点。

在实际开发中，单例模式被广泛使用，可以有效地控制对象的创建和资源的消耗。

本文将介绍四种常见的单例模式的实现方式。

一、饿汉式单例模式饿汉式单例模式是一种最简单、最常用的实现方式。

它在类加载的时候就创建了实例对象，并且在整个程序的生命周期内都存在。

因此，它是线程安全的。

具体实现如下：```javapublic class Singleton {private static Singleton instance = new Singleton();private Singleton() {}public static Singleton getInstance() {return instance;}}```二、懒汉式单例模式懒汉式单例模式是一种延迟加载的实现方式，只有在第一次使用的时候才会创建实例。

这种方式在多线程环境下可能会存在线程安全问题，需要进行额外的处理。

具体实现如下：```javapublic class Singleton {private static Singleton instance;private Singleton() {}public static synchronized Singleton getInstance() {if (instance == null) {instance = new Singleton();}return instance;}}```三、双重检查锁单例模式双重检查锁单例模式是对懒汉式单例模式的改进，通过加锁的方式保证了线程安全，同时又避免了每次获取实例都需要加锁的性能问题。

具体实现如下：```javapublic class Singleton {private volatile static Singleton instance;private Singleton() {}public static Singleton getInstance() {if (instance == null) {synchronized (Singleton.class) {if (instance == null) {instance = new Singleton();}}}return instance;}}```四、静态内部类单例模式静态内部类单例模式是一种在需要延迟加载的情况下，又能保证线程安全的实现方式。

单例模式（C++代码实现）1、先来谈谈什么是单例模式这个单例模式说⽩了就⼀个句话：我是皇帝我独苗看看书上的定义：单例模式（Singleton Pattern）Ensure a class has only one instance, and provide a global point of access to it.（确保⼀个类只有⼀个实例，⽽且⾃⾏实例化并向整个系统提供这个实例）使⽤场景：⼀个系统要求⼀个类只有且仅有⼀个对象，如果出现多个对象就会出现不良反应，可以采⽤单例模式要求⽣成唯⼀序列号在整个项⽬需要⼀个共享访问点或共享数据创建⼀个对象需要消耗的资源过多，如需要访问IO和数据库等资源需要⼤量定义静态常量和静态⽅法（如⼯具类）的环境，当然也可以直接定义为static2、实现思路：既然只能有⼀个实例，那我这个类⾥的构造函数就不能被随便调⽤了，那我就把构造函数写成私有的，这样别⼈就不能调⽤了，接下来就该考虑我⾃⼰这个独苗该怎么产⽣了，定义⾥⾯说到⾃⾏实例化，并且提供给整个系统，那我就⽤⼀个static 实例化⼀个实例，然后返回这个static实例。

3、考虑的问题⼀个实例，整个系统使⽤，那线程同步问题就必须要考虑了。

为了解决这个问题：懒汉模式、饿懒汉模式、Meyers Singleton(⽬前最推荐的C++单例写法)4、代码实现//Meyers Singleton(⽬前最推荐的C++单例写法)#include <iostream>using namespace std;class Singleton{public:static Singleton& Instance(){static Singleton theSingleton;return theSingleton;}void doSomeThong();private:Singleton();~Singleton();};Singleton::Singleton(){}Singleton::~Singleton(){}void Singleton::doSomeThong(){cout << "单例类" << endl;cout << "C++最推荐的单例类写法" << endl;}int main(){Singleton::Instance().doSomeThong();return0;}//懒汉模式：顾名思义，是⼀种典型的拖延（lazy）策略。

使用Swift线程安全地进行单例模式的设计在开发iOS应用程序时，经常会使用单例模式来确保一个类只有一个实例对象，并且该实例可以在整个应用程序中被访问。

然而，在多线程环境下使用单例模式可能会导致线程安全问题，因此需要采取一些措施来保证单例对象的线程安全。

本文将介绍如何使用Swift语言来线程安全地进行单例模式的设计。

一、什么是单例模式单例模式是一种创建型设计模式，它确保一个类只有一个实例，并且提供一个全局的访问入口。

在整个应用程序中，无论何时何地需要使用该类的实例，都可以通过该访问入口获得。

这种设计模式在很多情况下非常有用，例如管理应用程序的配置信息、全局共享的资源等。

二、常用的单例模式实现在Swift语言中，有几种常用的单例模式实现方式，包括懒加载式、静态常量式和dispatch_once式。

在这些方式中，懒加载式是最常见和推荐的一种实现方式，它可以在需要使用时才创建单例对象，避免了不必要的资源浪费。

下面我们将以懒加载式单例模式为例，介绍如何在Swift语言中线程安全地设计单例模式。

```swiftclass Singleton {static let sharedInstance = Singleton()private init() {}}```在上述代码中，我们通过静态常量的形式创建了一个单例对象sharedInstance，并将其限定为只能在Singleton类内部访问。

接下来，我们将介绍如何在这个基础上实现线程安全。

三、使用互斥锁实现线程安全在多线程环境下，当多个线程同时尝试创建单例对象时，可能会导致多个实例被创建出来。

为了避免这种情况，我们需要使用互斥锁来确保在任意时间只有一个线程可以创建对象。

在Swift语言中，我们可以使用GCD（Grand Central Dispatch）提供的信号量来实现互斥锁。

下面是线程安全的懒加载式单例模式的实现代码：```swiftclass Singleton {static let sharedInstance: Singleton = {let instance = Singleton()return instance}()private init() {}}```在上述代码中，我们使用了一个闭包来延迟初始化sharedInstance，并且利用GCD的信号量实现了互斥锁。