單例模式可能是設(shè)計模式中最簡單的形式了，這一模式的意圖就是使得類中的一個對象成為系統(tǒng)中的唯一實例。它提供了對類的對象所提供的資源的全局訪問點。因此需要用一種只允許生成對象類的唯一實例的機(jī)制。
下面讓我們來看下單例的作用：
- 可以保證的程序運行過程，一個類只有一個示例，而且該實例易于供外界訪問
- 從而方便地控制了實例個數(shù)，并節(jié)約系統(tǒng)資源。
方法一（誤）
+ (instancetype)sharedInstance
{
static Singleton *instance = nil;
if (!instance) {
instance = [[Singleton alloc] init];
}
return instance;
}
這種方式的單例不是線程安全的。
假設(shè)此時有兩條線程：線程1和線程2，都在調(diào)用shareInstance方法來創(chuàng)建單例，那么線程1運行到if (instance == nil)出發(fā)現(xiàn)instance = nil,那么就會初始化一個instance，假設(shè)此時線程2也運行到if的判斷處了，此時線程1還沒有創(chuàng)建完成實例instance，所以此時instance = nil還是成立的，那么線程2又會創(chuàng)建一個instace。
為了解決線程安全問題，可以使用dispatch_once、互斥鎖。
方法二 (誤)
static Singleton *instance = nil;
+ (instancetype)sharedInstance
{
static dispatch_once_t onceToken;
dispatch_once(&onceToken, ^{
instance = [[Singleton alloc] init];
});
return instance;
}
或
static Singleton *instance = nil;
+ (instancetype)sharedInstance
{
@synchronized (self) {
if (!instance) {
instance = [[Singleton alloc] init];
}
}
return instance;
}
上面的兩個方法保證了線程安全，但是不夠全面。如果使用其他方式創(chuàng)建，能創(chuàng)建出不同的對象，違背了單例的設(shè)計原則。
Singleton *s = nil;
s = [Singleton sharedInstance];
NSLog(@"%@", s);
s = [[Singleton alloc] init];
NSLog(@"%@", s);
s = [Singleton new];
NSLog(@"%@", s);
打印出三個不同的地址
2016-12-21 20:46:30.414 Singleton[28843:2198096] <Singleton: 0x6000000168c0>
2016-12-21 20:46:30.415 Singleton[28843:2198096] <Singleton: 0x610000016340>
2016-12-21 20:46:30.415 Singleton[28843:2198096] <Singleton: 0x6180000164a0>
方法三（誤）
為了防止別人不小心利用alloc/init方式創(chuàng)建示例，也為了防止別人故意為之，我們要保證不管用什么方式創(chuàng)建都只能是同一個實例對象，這就得重寫另一個方法。
在方法二的基礎(chǔ)上增加重寫下面的方法：
+ (instancetype)allocWithZone:(struct _NSZone *)zone
{
static dispatch_once_t onceToken;
dispatch_once(&onceToken, ^{
instance = [super allocWithZone:zone];
});
return instance;
}
再測試，發(fā)現(xiàn)打印出來的地址都一樣了。
但是，還沒結(jié)束。
我們添加一些屬性，并在-init方法中進(jìn)行初始化：
@property (assign, nonatomic)int height;
@property (strong, nonatomic)NSObject *object;
@property (strong, nonatomic)NSMutableArray *array;
然后重寫-description方法：
- (NSString *)description
{
NSString *result = @"";
result = [result stringByAppendingFormat:@"<%@: %p>",[self class], self];
result = [result stringByAppendingFormat:@" height = %d,",self.height];
result = [result stringByAppendingFormat:@" array = %p,",self.array];
result = [result stringByAppendingFormat:@" object = %p,",self.object];
return result;
}
還用上面的方法，打印結(jié)果：
2016-12-21 20:58:03.523 Singleton[29239:2252268] <Singleton: 0x608000039d00> height = 10, arrayM = 0x60800005b150, object = 0x60800000b3e0,
2016-12-21 20:58:03.523 Singleton[29239:2252268] <Singleton: 0x608000039d00> height = 10, arrayM = 0x618000052540, object = 0x61800000b430,
2016-12-21 20:58:03.524 Singleton[29239:2252268] <Singleton: 0x608000039d00> height = 10, arrayM = 0x60800004ae00, object = 0x60800000b3e0,
可以看到，盡管使用的是同一個示例，可是他們的屬性卻不一樣。
因為盡管沒有為示例重新分配內(nèi)存空間，但是因為又執(zhí)行了init方法，會導(dǎo)致property被重新初始化。
方法四
為了保證屬性的初始化只執(zhí)行一次，可以將屬性的初始化或者默認(rèn)值設(shè)置也限制只執(zhí)行一次。我們這里加上dispatch_once。
+ (instancetype)sharedInstance
{
return [[Singleton alloc] init];
}
+ (instancetype)allocWithZone:(struct _NSZone *)zone
{
static dispatch_once_t onceToken;
dispatch_once(&onceToken, ^{
instance = [super allocWithZone:zone];
});
return instance;
}
- (instancetype)init
{
static dispatch_once_t onceToken;
dispatch_once(&onceToken, ^{
instance = [super init];
if (instance) {
instance.height = 10;
instance.object = [[NSObject alloc] init];
instance.array = [[NSMutableArray alloc] init];
}
});
return instance;
}
這種方式保證了單例的唯一，也保證了屬性初始化的唯一。
關(guān)于線程安全
GCD的dispatch_once方式：保證程序在運行過程中只會被運行一次，那么假設(shè)此時線程1先執(zhí)行shareInstance方法，創(chuàng)建了一個實例對象，線程2就不會再去執(zhí)行dispatch_once的代碼了。從而保證了只會創(chuàng)建一個實例對象。
互斥鎖方式：會把鎖內(nèi)的代碼當(dāng)做一個任務(wù)，這個任務(wù)執(zhí)行完畢前，不會被其他線程訪問。
但是這種簡單的互斥鎖方式在每次調(diào)用單例時都會鎖一次，很影響性能，單例使用越頻繁，影響越大。
優(yōu)化互斥鎖方式
DCL（double check lock）：雙重檢查模式是優(yōu)化了的互斥鎖方式，過程就是check-lock-check，是對靜態(tài)變量instance的兩次判空。第一次判空避免了不必要的同步，第二次判空是為了創(chuàng)建實例。
將上面的簡單互斥鎖方式修改一下：
if (!instance) {
@synchronized (self) {
if (!instance) {
instance = [super allocWithZone:zone];
}
}
}
return instance;
DCL優(yōu)點是資源利用率高，第一次執(zhí)行時單例對象才被實例化，效率高。缺點是第一次加載時反應(yīng)稍慢一些，在高并發(fā)環(huán)境下也有一定的缺陷，雖然發(fā)生的概率很小。
效率：
GCD > DCL > 簡單互斥鎖
使用+load或+initialize
load方法與initialize方法都會被Runtime自動調(diào)用一次，并且在Runtime情況下，這兩個方法都是線程安全的。
根據(jù)這種特性，來實現(xiàn)單例類。
+ (void)initialize
{
if ([self class] == [Singleton class] && instance == nil) {
instance = [[Singleton alloc] init];
instance.height = 10;
instance.object = [[NSObject alloc] init];
instance.array = [[NSMutableArray alloc] init];
}
}
+ (instancetype)sharedInstance
{
return instance;
}
+ (instancetype)allocWithZone:(struct _NSZone *)zone
{
if (instance == nil) {
instance = [super allocWithZone:zone];
}
return instance;
}
-
if([self class] == [Singleton class]...)是為了保證 initialize方法只有在本類而非subclass時才執(zhí)行單例初始化方法。 -
if (... && instance == nil)是為了防止+initialize多次調(diào)用而產(chǎn)生多個實例（除了Runtime調(diào)用，我們也可以顯示調(diào)用+initialize方法）。經(jīng)過測試，當(dāng)我們將+initialize方法本身作為class的第一個方法執(zhí)行時，Runtime的+initialize會被先調(diào)用（這保證了線程安全），然后我們自己顯示調(diào)用的+initialize函數(shù)再被調(diào)用。 由于+initialize方法的第一次調(diào)用一定是Runtime調(diào)用，而Runtime又保證了線程安全性，因此這里只簡單的檢測 singalObject == nil即可。
最好不用+load來做單例是因為它是在程序被裝載時調(diào)用的，可能單例所依賴的環(huán)境尚未形成，它比較適合對Class做設(shè)置。(更多關(guān)于+load和+initialize的知識，看這里)
使用宏
如果我們需要在程序中創(chuàng)建多個單例，那么需要在每個類中都寫上一次上述代碼，非常繁瑣。
我們可以使用宏來封裝單例的創(chuàng)建，這樣任何類需要創(chuàng)建單例，只需要一行代碼就搞定了。
#define SingletonH(name) + (instancetype)shared##name;
#define SingletonM(name) \
static id instance = nil; \
+ (instancetype)sharedInstance \
{ \
static dispatch_once_t onceToken; \
dispatch_once(&onceToken, ^{ \
instance = [[[self class] alloc] init]; \
}); \
return instance; \
} \
其他
當(dāng)然單例如果實現(xiàn)了NSCopying和NSMutableCopying協(xié)議，可以補充下面的方法：
- (id)copyWithZone:(NSZone *)zone
{
return instance;
}
- (id)mutableCopyWithZone:(NSZone *)zone
{
return instance;
}
結(jié)束語
有關(guān)iOS設(shè)計模式的全部示例在這里examples
