Lazy 延迟初始化单例实例示例与详解

Lazy<T> 是 C# 中用于延迟初始化的类，它允许你在第一次访问对象时才创建实例，而不是在程序启动时就创建实例。这在单例模式中非常有用，因为它可以避免不必要的资源消耗。

1. Lazy 的基本用法

Lazy<T> 的构造函数接受一个委托（Func<T>），用于定义如何创建实例。

using System;

public class Singleton
{
    // 私有构造函数，防止外部实例化
    private Singleton() { }

    // 定义一个 Lazy<T> 实例
    private static readonly Lazy<Singleton> _instance = new Lazy<Singleton>(() => new Singleton());

    // 公开的静态属性，用于获取单例实例
    public static Singleton Instance => _instance.Value;
}

2. 代码详解

• Lazy<Singleton>:

  • 这里使用 Lazy<Singleton> 来实现延迟初始化。
  • _instance 是一个静态只读字段，它的类型是 Lazy<Singleton>。

• Lazy<T> 的构造函数:

  • new Lazy<Singleton>(() => new Singleton())：
    • Lazy<T> 的构造函数接受一个委托（Func<T>），用于指定如何创建实例。
    • 在这里，我们使用匿名方法 () => new Singleton()，表示在第一次访问 _instance.Value 时才会调用这个方法来创建 Singleton 的实例。

• Instance 属性:

  • public static Singleton Instance => _instance.Value;：
    • _instance.Value 是 Lazy<T> 提供的属性，用于访问实际的 Singleton 实例。
    • 第一次访问 Instance 属性时，Lazy<T> 会调用我们传入的委托来创建实例，并缓存该实例。后续访问时将直接返回缓存的实例。

3. 延迟初始化的好处

• 节省资源：

  • 只有在需要时才会创建实例，避免了不必要的资源消耗。
  • 例如，在程序启动时不创建所有单例实例，只在实际使用时创建。

• 线程安全：

  • Lazy<T> 默认是线程安全的。在多线程环境中，_instance.Value 的访问是线程安全的，Lazy<T> 会确保只有一个线程能够创建实例。

• 代码简洁：

  • 使用 Lazy<T> 可以简化单例模式的实现，不需要手动编写双重检查锁（Double-Checked Locking）或静态构造函数。

4. Lazy 的线程安全性

Lazy<T> 默认是线程安全的。它的实现方式是：

• 在第一次访问 Value 属性时，只有一个线程会执行初始化逻辑（即调用传入的委托）。
• 后续线程访问时，直接返回缓存的实例。

如果不需要线程安全，可以指定 LazyThreadSafetyMode.None：

private static readonly Lazy<Singleton> _instance = new Lazy<Singleton>(
    () => new Singleton(), 
    System.Threading.LazyThreadSafetyMode.None
);

5. 完整示例：使用 Lazy 实现单例模式

using System;

public class Singleton
{
    // 私有构造函数，防止外部实例化
    private Singleton()
    {
        Console.WriteLine("Singleton instance created.");
    }

    // 定义一个 Lazy<T> 实例
    private static readonly Lazy<Singleton> _instance = new Lazy<Singleton>(() => new Singleton());

    // 公开的静态属性，用于获取单例实例
    public static Singleton Instance => _instance.Value;

    // 测试方法
    public void DoSomething()
    {
        Console.WriteLine("Singleton is doing something.");
    }
}

class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        // 第一次访问 Instance 属性时，会创建实例
        Singleton.Instance.DoSomething();

        // 后续访问直接返回缓存的实例
        Singleton.Instance.DoSomething();
    }
}

6. 输出结果

运行上述代码，输出如下：

Singleton instance created.
Singleton is doing something.
Singleton is doing something.

可以看到：

• 第一次访问 Instance 时，实例被创建并输出 “Singleton instance created.”。
• 后续访问时，直接返回缓存的实例，不再创建新实例。