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C#设计模式单例模式实现方式

news 2025/11/5 11:10:26

在 C# 中实现单例模式有多种方式，以下为 6 种常见的 C# 单例实现方式，并说明它们的优缺点和适用场景。

1. 饿汉式（Eager Initialization）

类加载时就创建实例，线程安全。

public sealed class EagerSingleton
{private static readonly EagerSingleton instance = new EagerSingleton();// 显式静态构造函数（可选），确保在首次访问前初始化static EagerSingleton() { }private EagerSingleton() { }public static EagerSingleton Instance => instance;
}

✅ 优点：线程安全、简单
❌ 缺点：不能懒加载，可能浪费资源

2. 懒汉式（Lazy, 非线程安全）

首次调用时创建实例，但多线程下不安全（仅用于教学，不推荐生产使用）。

public sealed class LazyUnsafeSingleton
{private static LazyUnsafeSingleton instance;private LazyUnsafeSingleton() { }public static LazyUnsafeSingleton Instance{get{if (instance == null)instance = new LazyUnsafeSingleton();return instance;}}
}

❌ 不适用于多线程环境

3. 加锁懒汉式（线程安全但性能差）

每次访问都加锁，保证线程安全但效率低。

public sealed class LockedSingleton
{private static LockedSingleton instance;private static readonly object lockObj = new object();private LockedSingleton() { }public static LockedSingleton Instance{get{lock (lockObj){if (instance == null)instance = new LockedSingleton();return instance;}}}
}

✅ 线程安全
❌ 每次都加锁，性能开销大

4. 双重检查锁定（Double-Checked Locking）

兼顾懒加载和性能，线程安全。

public sealed class DoubleCheckedSingleton
{private static volatile DoubleCheckedSingleton instance;private static readonly object lockObj = new object();private DoubleCheckedSingleton() { }public static DoubleCheckedSingleton Instance{get{if (instance == null){lock (lockObj){if (instance == null)instance = new DoubleCheckedSingleton();}}return instance;}}
}

✅ 线程安全、懒加载、性能较好
⚠️ 需要 volatile 防止指令重排序（C# 中 volatile 确保内存可见性）

5. 静态内部类（C# 中用嵌套类模拟）

C# 没有 Java 那样的“静态内部类自动懒加载”语义，但可以通过 嵌套私有类 + 静态字段 实现类似效果：

public sealed class NestedSingleton
{private NestedSingleton() { }public static NestedSingleton Instance => NestedHolder.instance;private static class NestedHolder{internal static readonly NestedSingleton instance = new NestedSingleton();}
}

✅ 利用 C# 类型初始化器（Type Initializer）的懒加载和线程安全特性
✅ 推荐使用（简洁、高效、安全）

💡 C# 规范保证：静态字段的初始化在类型首次被使用时由 CLR 自动完成，且是线程安全的。

6. 使用 `Lazy<T>`（.NET 推荐方式）

.NET 提供了 Lazy<T> 类，天然支持线程安全的懒加载。

public sealed class LazyNetSingleton
{private static readonly Lazy<LazyNetSingleton> lazy =new Lazy<LazyNetSingleton>(() => new LazyNetSingleton());private LazyNetSingleton() { }public static LazyNetSingleton Instance => lazy.Value;
}

✅ 最简洁、最安全、最符合 .NET 习惯
✅ 可通过 LazyThreadSafetyMode 控制线程安全级别（默认是完全线程安全）

默认使用 LazyThreadSafetyMode.ExecutionAndPublication，即线程安全。

总结：C# 单例实现推荐排序

方式	懒加载	线程安全	简洁性	推荐度
`Lazy<T>`	✅	✅	⭐⭐⭐⭐	⭐⭐⭐⭐⭐
嵌套类（Nested Holder）	✅	✅	⭐⭐⭐	⭐⭐⭐⭐
双重检查锁定	✅	✅	⭐⭐	⭐⭐⭐
饿汉式	❌	✅	⭐⭐⭐	⭐⭐
加锁懒汉式	✅	✅	⭐	⭐
非线程安全懒汉式	✅	❌	⭐⭐	❌

✅ 最佳实践（推荐写法）

public sealed class Singleton
{private static readonly Lazy<Singleton> lazy = new Lazy<Singleton>(() => new Singleton());private Singleton() { }public static Singleton Instance => lazy.Value;
}