C#单例模式使用饿汉式和懒汉式创建一定安全？

概述

单例模式大概是23种设计模式里面用的最多，也用的最普遍的了,也是很多很多人一问设计模式都有哪些必答的第一种了；我们先复习一下饿汉式和懒汉式的单例模式，再谈其创建方式会带来什么问题，并一一解决！还是老规矩，先上代码，不上代码，纸上谈兵咱把握不住。.

饿汉式代码

public class SingleHungry    {        private readonly static SingleHungry _singleHungry = new SingleHungry();        private SingleHungry()        {        }        public static SingleHungry GetSingleHungry()        {            return _singleHungry;        }    }

代码很简单，意思也很明确，接着我们写点代码测试验证一下；

第一种测试：构造函数私有的，new的时候报错，因为我们的构造函数是私有的。

 SingleHungry  _singleHungry=new SingleHungry();

第二种测试：比对创建多个对象，然后多个对象的Hashvalue

public class SingleHungryTest    {        public static void FactTestHashCodeIsSame()        {            Console.WriteLine("单例模式.饿汉式测试!");            var single1 = SingleHungry.GetSingleHungry();            var single2 = SingleHungry.GetSingleHungry();            var single3 = SingleHungry.GetSingleHungry();            Console.WriteLine(single1.GetHashCode());            Console.WriteLine(single2.GetHashCode());            Console.WriteLine(single3.GetHashCode());        }    }

测试下来，三个对象的hash值是一样的。如下图：

C#单例模式使用饿汉式和懒汉式创建一定安全？

饿汉式结论总结

饿汉式的单例模式不推荐使用，因为还没调用，对象就已经创建，造成资源的浪费;

懒汉式代码

public class SingleLayMan    {        //1、私有化构造函数        private SingleLayMan()        {
        }        //2、声明静态字段  存储我们唯一的对象实例        private static SingleLayMan _singleLayMan;        //通过方法 创建实例并返回        public static SingleLayMan GetSingleLayMan1()        {            //这种方式不可用  会创建多个对象，谨记            return _singleLayMan = new SingleLayMan();        }        /// <summary>        ///懒汉式单例模式只有在调用方法时才会去创建，不会造成资源的浪费        /// </summary>        /// <returns></returns>        public static SingleLayMan GetSingleLayMan2()        {            if (_singleLayMan == null)            {                Console.WriteLine("我被创建了一次！");                _singleLayMan = new SingleLayMan();            }            return _singleLayMan;        }    }

测试代码

public class SingleLayManTest    {        /// <summary>        /// 会创建多个对象.hash值不一样        /// </summary>        public static void FactTest()        {            Console.WriteLine("单例模式.懒汉式测试!");            var singleLayMan1 = SingleLayMan.GetSingleLayMan1();            var singleLayMan2 = SingleLayMan.GetSingleLayMan1();            Console.WriteLine(singleLayMan1.GetHashCode());            Console.WriteLine(singleLayMan2.GetHashCode());        }        /// <summary>        /// 单例模式.懒汉式测试：懒汉式单例模式只有在调用方法时才会去创建，不会造成资源的浪费,但会有线程安全问题        /// </summary>        public static void FactTest1()        {            Console.WriteLine("单例模式.懒汉式测试!");            var singleLayMan1 = SingleLayMan.GetSingleLayMan2();            var singleLayMan2 = SingleLayMan.GetSingleLayMan2();            Console.WriteLine(singleLayMan1.GetHashCode());            Console.WriteLine(singleLayMan2.GetHashCode());        }        /// <summary>        /// 单例模式.懒汉式多线程环境测试!        /// </summary>        public static void FactTest2()        {            Console.WriteLine("单例模式.懒汉式多线程环境测试!");            for (int i = 0; i < 10; i++)            {                new Thread(() =>                {                    SingleLayMan.GetSingleLayMan2();                }).Start();            }
            //Parallel.For(0, 10, d => {            //    SingleLayMan.GetSingleLayMan2();            //});        }    }

懒汉式结论总结

懒汉式的代码如上已经概述，上面GetSingleLayMan1()会创建多个对象，这个没什么好说的，肯定不推荐使用；GetSingleLayMan2()是大多数人经常使用的，可解决刚才因为饿汉式创建带来的缺点，但也带来了多线程的问题，如果不考虑多线程，那是够用了。

话说回来，既然刚才饿汉式和懒汉式各有其优缺点，那我们该如何抉择呢？到底选择哪一种？

其它方式创建单例—饿汉式+静态内部类

public class SingleHungry2    {        public static SingleHungry2 GetSingleHungry()        {            return InnerClass._singleHungry;        }               public static class InnerClass        {            public readonly static SingleHungry2 _singleHungry = new SingleHungry2();        }    }

这个代码，用了饿汉式结合静态内部类来创建单例，线程也安全，不失为创建单例的一种办法。

其它方式创建单例—懒汉式+反射

首先我们解决一下刚才懒汉式创建单例的线程安全问题，上代码：

/// <summary>    /// 通过反射破坏创建对象    /// </summary>    public class SingleLayMan1    {         //私有化构造函数        private SingleLayMan1()        {        }        //2、声明静态字段  存储我们唯一的对象实例        private static SingleLayMan1? _singleLayMan;        private static object _oj = new object();         /// <summary>        /// //解决多线程安全问题，双重锁定，减少系统消耗，节约资源        /// </summary>        public static SingleLayMan1 GetSingleLayMan()        {            if (_singleLayMan == null)            {                lock (_oj)                {                    if (_singleLayMan == null)                    {                        _singleLayMan = new SingleLayMan1();                        Console.WriteLine("我被创建了一次！");                    }                }            }                       return _singleLayMan;        }            }

具体描述，在代码里面已经说得足够清楚，一看肯定明白，我们还是写点测试代码，验证一下，上代码：

public class SingleLayManTest1    {        public static void FactTestReflection()        {            var singleLayMan1= SingleLayMan1.GetSingleLayMan();
            var type = Type.GetType("_01单例模式.反射破坏单例模式.SingleLayMan1");            //获取私有的构造函数            var ctors = type?.GetConstructors(System.Reflection.BindingFlags.Instance | System.Reflection.BindingFlags.NonPublic);            //执行构造函数            SingleLayMan1 singleLayMan = (SingleLayMan1)ctors[0].Invoke(null);            Console.WriteLine(singleLayMan1.GetHashCode());            Console.WriteLine(singleLayMan.GetHashCode());        }    }

上面的代码分别通过SingleLayMan1.GetSingleLayMan2()和反射创建对象，输出二者对象hash值比较，结果肯定是不一样的，重点是我们可以通过反射创建对象。

通过上面的代码，不知道大家有没有意识到我们虽通过加锁解决了线程安全问题，但仍会出现问题；正常创建对象的顺序是：

1、new 在内存中开辟空间
2、执行构造函数创建对象
3、把空间指向我们的对像

但如果因为我们的程序使用多线程，则会发生"指令重排",本应执行顺序为1、2、3，实际执行顺序为1、3、2,但这种情况很少，不过我们写程序嘛，肯定追求严谨一点准没错。

如果需要解决该问题需要给定义的私有局部变量加关键字加上volatile (意思不稳定的，可变的) ,加该关键字可以避免指令重排。具体代码主要是这句如下：

private volatile static SingleLayMan? _singleLayMan;

到这里，大家认为还有没有问题？答案是肯定的，不然我就不会写这篇文章了，通过反射既然可以创建对象，那么我们写的创建实例代码还有什么意义，有没有什么办法避免反射创建对象呢？

如果认真看了之前的反射创建对象代码，肯定发现反射是通过构造函数来创建对象的，那么我们相应的就在构造函数处理一下。来，我们继续上代码：

    /// <summary>    /// 解决反射创建对象的问题    /// </summary>    public class SingleLayMan3    {        //2、声明静态字段  存储我们唯一的对象实例        private volatile static SingleLayMan3? _singleLayMan;        private static object _oj = new object();        //私有化构造函数        private SingleLayMan3()        {            lock (_oj)            {                if (_singleLayMan != null)                {                    throw new Exception("不要通过反射来创建对像！");                }            }        }
        /// <summary>        /// //解决多线程安全问题，双重锁定，减少系统消耗，节约资源        /// </summary>        public static SingleLayMan3 GetSingleLayMan()        {            if (_singleLayMan == null)            {                lock (_oj)                {                    if (_singleLayMan == null)                    {                        _singleLayMan = new SingleLayMan3();                        Console.WriteLine("我被创建了一次！");                    }                }            }                       return _singleLayMan;        }
    }

下面继续上测试代码，验证一下：

public class SingleLayManTest3    {        /// <summary>        /// 第一次通过调用 SingleLayMan3.GetSingleLayMan()创建对象导致_singleLayMan不为空，之后再去通过反射创建对象时，构造函数里面判断创建对象导致_singleLayMan变量，报异常        /// </summary>        public static void FactTestReflection()        {            var singleLayMan1= SingleLayMan3.GetSingleLayMan();
            var type = Type.GetType("_01单例模式.反射破坏单例模式.SingleLayMan3");            //获取私有的构造函数            var ctors = type?.GetConstructors(System.Reflection.BindingFlags.Instance | System.Reflection.BindingFlags.NonPublic);            //执行构造函数            SingleLayMan3 singleLayMan = (SingleLayMan3)ctors[0].Invoke(null);            Console.WriteLine(singleLayMan1.GetHashCode());            Console.WriteLine(singleLayMan.GetHashCode());        }    }

结论其实测试方法已经说明：第一次通过调用 SingleLayMan3.GetSingleLayMan()创建对象导致_singleLayMan不为空，之后再去通过反射创建对象时，构造函数里面判断创建对象导致_singleLayMan变量，报异常。

其实到这里，有人肯定发现了问题，第一次通过去执行自己写的创建单例方法来创建对象，后面再执行反射时才会报异常，那有没有什么办法，只要有人第一次反射创建对象时就报异常呢？

定义局部变量解决反射创建对象问题

public class SingleLayMan4    {        //2、声明静态字段  存储我们唯一的对象实例        private volatile static SingleLayMan4? _singleLayMan;        private static object _oj = new object();        private static bool _isOk = false;        //私有化构造函数        private SingleLayMan4()        {            lock (_oj)            {                if (_isOk == false)                {                    _isOk = true;                }                else                {                    throw new Exception("不要通过反射来创建对像！只有第一次通过反射创建对象会成功！请做第一个吃葡萄的人！");                }            }        }
        /// <summary>        /// //解决多线程安全问题，双重锁定，减少系统消耗，节约资源        /// </summary>        public static SingleLayMan4 GetSingleLayMan()        {            if (_singleLayMan == null)            {                lock (_oj)                {                    if (_singleLayMan == null)                    {                        _singleLayMan = new SingleLayMan4();                        Console.WriteLine("我被创建了一次！");                    }                }            }                       return _singleLayMan;        }           }

测试代码，验证一下：

public static void FactTestReflection()        {            //第一次创建对象会成功            var singleLayMan1 = GetReflectionSingleLayMan4Instance();
            //第二次创建对象会失败，报异常           var singleLayMan2 = GetReflectionSingleLayMan4Instance();
            Console.WriteLine(singleLayMan1.GetHashCode());        }        private static SingleLayMan4 GetReflectionSingleLayMan4Instance()        {            var type = Type.GetType("_01单例模式.反射破坏单例模式.SingleLayMan4");            //获取私有的构造函数            var ctors = type?.GetConstructors(BindingFlags.Instance | BindingFlags.NonPublic);            //执行构造函数            SingleLayMan4 singleLayMan = (SingleLayMan4)ctors[0].Invoke(null);            return singleLayMan;        }

第一次创建对象会成功，因为执行构造函数时没有执行GetSingleLayMan()，跨过了new，导致_isOk赋值true，第二次反射创建执行构造函数时判断变量_isOk为true，走入异常逻辑。

但这样做真的就安全了吗？既然可以通过反射执行构造函数来创建对象，那也可以通过反射改变局部变量_isOk 的值，上代码：

      /// <summary>        /// 通过反射也可以改变局部变量_isOk的值,继续创建对象        /// </summary>        public static void FactTestReflection2()        {            Type type = Type.GetType("_01单例模式.反射破坏单例模式.SingleLayMan4");            //获取私有的构造函数            var ctors = type?.GetConstructors(BindingFlags.Instance | BindingFlags.NonPublic);            //执行构造函数            SingleLayMan4 singleLayMan1 = (SingleLayMan4)ctors[0].Invoke(null);            FieldInfo fieldInfo =  type.GetField("_isOk", BindingFlags.NonPublic | BindingFlags.Static);            fieldInfo.SetValue("_isOk", false);            SingleLayMan4 singleLayMan2 = (SingleLayMan4)ctors[0].Invoke(null);
            Console.WriteLine(singleLayMan1.GetHashCode());            Console.WriteLine(singleLayMan2.GetHashCode());        }

最后

大家或许发现了，只要有反射存在，哪怕你的逻辑写的再严谨，它仍然可以反射创建对象，只因为它是反射！所以，单例模式的安全性也是相对而言的，具体选择用哪个，取决项目的业务场景了。如有发现问题，欢迎不吝赐教！

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