C# 多线程安全单例模式

一、实验目的

二、项目文件结构

一共4个代码文件，全部隶属于命名空间：_3单例类

三、代码分段精细化整理（保留全部原生注释）

3.1 核心类：Singleton.cs【单例主体】

功能：编写线程安全单例，定义血量、扣血方法，全局唯一对象

namespace _3单例类
{
internal class Singleton
{
//===================== 单例全局字段 =====================
//单例：保证整个项目中有且仅有一个对象
//对外开放一个公共的属性访问点
//获取单例对象，静态字段全局共享
public static Singleton instance = null;

static object locker = new object(); // 线程锁标志

//===================== 私有构造函数 =====================
//防止在外部new 创建对象，把构造函数改成私有的
//封堵外部实例化通道，是实现单例必要条件
private Singleton()
{
}

//===================== 对外获取单例方法 =====================
//对外提供一个方法的访问点
//获取单例对象
public static Singleton GetSingle()
{
// 互斥锁
//线程锁：防止多个线程在同一时间访问这个单例对象
//如果多个线程同时访问，需要排队执行，防止并发创建多个对象
lock (locker)
{
// 如果对象为空了， 再去创建对象
// 如果对象不为空，直接复用已有对象，不再new
if (instance == null)
{
instance = new Singleton();
}
}
return instance;
}

//===================== 业务测试成员 =====================
public int HP = 100;//验证单例对象只有一个：全局共享血量
/// <summary>
/// 扣血方法：每次调用血量减10
/// </summary>
/// <returns>扣减之后的血量</returns>
public int SubHP()
{
return HP -= 10;
}
}
}

3.2 窗体代码：Form1.cs【交互页面】

功能：四个按钮，分别两种方式调用单例、两个外部类调用单例

namespace _3单例类
{
public partial class Form1 : Form
{
public Form1()
{
InitializeComponent();
}

//按钮1：实例化Class1，内部调用单例扣血
private void button1_Click(object sender, EventArgs e)
{
Class1 c = new Class1();
label1.Text = c.Attack();
}

//按钮2：实例化Class2，内部调用单例扣血
private void button2_Click(object sender, EventArgs e)
{
Class2 c = new Class2();
label1.Text = c.Attack();
}

//按钮3：通过【静态方法】获取单例对象，执行扣血
private void button3_Click(object sender, EventArgs e)
{
label1.Text = Singleton.GetSingle().SubHP().ToString();
}

//按钮4：直接通过【静态字段】获取单例对象，执行扣血
private void button4_Click(object sender, EventArgs e)
{
label1.Text = Singleton.instance.SubHP().ToString();
}
}
}

3.3 测试类一：Class1.cs

功能：新建独立类，跨类调用全局单例，验证数据共享

namespace _3单例类
{
internal class Class1
{
public string Attack() //定义一个攻击的方法
{
// 调用单例的SubHP方法：属于非静态方法
// 非静态方法不能直接调用，必须获取单例对象调用
// 获取全局唯一单例对象
return Singleton.GetSingle().SubHP().ToString();
}
}
}

3.4 测试类二：Class2.cs

功能：和Class1相互独立，依旧调用同一个单例对象

namespace _3单例类
{
internal class Class2
{
public string Attack() //定义一个攻击的方法
{
// 调用单例的SubHP方法 方法非静态的方法 ，找对象去调用
// 获取单例对象
return Singleton.GetSingle().SubHP().ToString();
}
}
}

四、关键知识点精细注释（考试+作业背诵）

4.1 单例模式三大硬性条件

• 私有构造函数：禁止外部使用new，杜绝随意创建对象

• 静态全局实例：static修饰对象，全局唯一常驻内存

• 对外开放访问入口：静态方法/静态字段，提供唯一访问通道

4.2 lock线程锁作用

不加lock：多线程同时执行，会同时判断instance==null，同时new对象，生成多个实例，单例失效

添加lock：线程排队执行，同一时刻只允许一个线程进入代码块，保证只会创建一次对象

4.3 两种调用单例方式区别

• 方式1：Singleton.GetSingle()：调用静态方法获取，安全规范，课堂推荐写法

• 方式2：Singleton.instance：直接读取公共静态字段，写法简便，封装性弱

4.4 实验验证原理

初始HP = 100，无论点击四个任意按钮、无论Class1/Class2哪个类调用，血量持续递减： 证明：全程序共用同一个Singleton对象，单例模式生效

五、运行结果

依次点击按钮，label1显示数值依次：90→80→70→60…… 跨窗体、跨类修改HP值，全局同步变化，不存在独立血量，验证单例成功。