在之前的帖子里聊過(guò)狀態(tài)管理有多痛苦，有時(shí)這是不可避免的。一個(gè)狀態(tài)管理的例子大家都很熟悉，那就是單例。使用Swift時(shí)，有許多方法實(shí)現(xiàn)單例，這是個(gè)麻煩事，因?yàn)槲覀儾恢滥膫€(gè)最合適。這里我們來(lái)回顧一下單例的歷史，看一看在Swift中如何正確地實(shí)現(xiàn)單例。

如果你想直接看看Swift中單例的正確實(shí)現(xiàn)方式，直接跳到帖子最后即可。

圖片-1

往事回憶之ObjC單例

Swift是Objective-C的一種自然演變，它用如下的方式實(shí)現(xiàn)單例：

@interface Kraken : NSObject
@end
 
@implementation Kraken
 
+ (instancetype)sharedInstance {
    static Kraken *sharedInstance = nil;
    static dispatch_once_t onceToken;
     
    dispatch_once(&onceToken, ^{
        sharedInstance = [[Kraken alloc] init];
    });
    return sharedInstance;
}
 
@end

在這個(gè)現(xiàn)成方案中，我們可以看到單例的基本結(jié)構(gòu)。讓我們來(lái)約定一些規(guī)則，這樣便于更好的理解。

單例規(guī)則

關(guān)于單例，有三個(gè)重要的準(zhǔn)則需要牢記：

1. 單例必須是唯一的(要不怎么叫單例？) 在程序生命周期中只能存在一個(gè)這樣的實(shí)例。單例的存在使我們可以全局訪問(wèn)狀態(tài)。例如：

NSNotificationCenter, UIApplication和NSUserDefaults。

2. 為保證單例的唯一性，單例類的初始化方法必須是私有的。這樣就可以避免其他對(duì)象通過(guò)單例類創(chuàng)建額外的實(shí)例。

3. 考慮到規(guī)則1，為保證在整個(gè)程序的生命周期中值有一個(gè)實(shí)例被創(chuàng)建，單例必須是線程安全的。并發(fā)有時(shí)候確實(shí)挺復(fù)雜，簡(jiǎn)單說(shuō)來(lái)，如果單例的代碼不正確，如果有兩個(gè)線程同時(shí)實(shí)例化一個(gè)單例對(duì)象，就可能會(huì)創(chuàng)建出兩個(gè)單例對(duì)象。也就是說(shuō)，必須保證單例的線程安全性，才可以保證其唯一性。通過(guò)調(diào)用dispatch_once，即可保證實(shí)例化代碼只運(yùn)行一次。

在程序中保持單例的唯一性，只初始化一次，這樣并不難。帖子的余下部分中，需要記?。?jiǎn)卫龑?shí)現(xiàn)要滿足隱藏的dispatch_once規(guī)則。

Swift單例

自Swift 1.0開(kāi)始，創(chuàng)建單例有很多種方法。這些鏈接中已經(jīng)有很詳盡的描述，比如

• SwiftSingleton
• dispatch_once singleton model in swift
• Apple Swift Blog

但是誰(shuí)喜歡點(diǎn)鏈接呢？先劇透一下吧：總共有4個(gè)版本。我們來(lái)清點(diǎn)一下：

1. 最丑陋方法（Swift皮，Objective-C心）

class TheOneAndOnlyKraken {
    class var sharedInstance: TheOneAndOnlyKraken {
        struct Static {
            static var onceToken: dispatch_once_t = 0
            static var instance: TheOneAndOnlyKraken? = nil
        }
        dispatch_once(&Static.onceToken) {
            Static.instance = TheOneAndOnlyKraken()
        }
        return Static.instance!
    }
}

這個(gè)版本是Objective-C的直接移植版。我認(rèn)為它不好看是因?yàn)镾wift本該更簡(jiǎn)潔、更有描述力。不要做個(gè)搬運(yùn)工，要做就做的更好。

圖片-2

2. 結(jié)構(gòu)體方法（“新瓶裝老酒）

class TheOneAndOnlyKraken {
    class var sharedInstance: TheOneAndOnlyKraken {
        struct Static {
            static let instance = TheOneAndOnlyKraken()
        }
        return Static.instance
    }
}

Swift 1.0時(shí)，不支持靜態(tài)類變量，那時(shí)這個(gè)方法是不得已而為之。但使用結(jié)構(gòu)體，就可以支持這個(gè)功能。因?yàn)殪o態(tài)變量的限制，我們被約束在這樣的一個(gè)模型中。這比Objective-C移植版本好一些，但還不夠好。有趣的是，在Swift 1.2發(fā)布幾個(gè)月后，我還可以看到這種寫(xiě)法。在那之后，反而更多了。

3. 全局變量方法（“單行單例”方法）

private let sharedKraken = TheOneAndOnlyKraken()
class TheOneAndOnlyKraken {
    class var sharedInstance: TheOneAndOnlyKraken {
        return sharedKraken
    }
}

在Swift 1.2以后，我們有了訪問(wèn)權(quán)限設(shè)置(access control specifiers) 的功能和靜態(tài)類成員(static class members)。這意味著我們終于可以擺脫混亂的全局變量、全局命名空間，也不會(huì)發(fā)生命名空間沖突了。這個(gè)版本看起來(lái)更Swiftier一點(diǎn)。

現(xiàn)在，你可能會(huì)有疑問(wèn)：為何看不到dispatch_once？根據(jù)Apple Swift博客中的說(shuō)法，以上方法都自動(dòng)滿足dispatch_once規(guī)則。這里有個(gè)帖子可以證明dispatch_once規(guī)則一直在起作用。

“全局變量（還有結(jié)構(gòu)體和枚舉體的靜態(tài)成員）的Lazy初始化方法會(huì)在其被訪問(wèn)的時(shí)候調(diào)用一次。類似于調(diào)用dispatch_once以保證其初始化的原子性。這樣就有了一種很酷的'單次調(diào)用'方式：只聲明一個(gè)全局變量和私有的初始化方法即可?！?-來(lái)自Apple's Swift Blog

（“The lazy initializer for a global variable (also for static members of structs and enums) is run the first time that global is accessed, and is launched as dispatch_once to make sure that the initialization is atomic. This enables a cool way to use dispatch_once in your code: just declare a global variable with an initializer and mark it private.”）
這就是Apple官方文檔給我們的所有信息，但這些已經(jīng)足夠證明全局變量和結(jié)構(gòu)體／枚舉體的靜態(tài)成員是支持dispatch_once特性的?，F(xiàn)在，我們相信使用全局變量來(lái)“懶包裝”單例的初始化方法到dispatch_once代碼塊中是100%安全的。但是對(duì)于靜態(tài)類變量來(lái)說(shuō)，情況又如何？

這個(gè)問(wèn)題帶我們到更激動(dòng)人心的思考中去：

正確的方法（也即是“單行單例法”）現(xiàn)在已經(jīng)被證明正確。

class TheOneAndOnlyKraken {
    static let sharedInstance = TheOneAndOnlyKraken()
}

圖片-3

到此為止，我們已經(jīng)做了許多研究工作。這個(gè)帖子的靈感來(lái)源于我們?cè)贑apital One的一次對(duì)話：結(jié)對(duì)編程review代碼的過(guò)程中，我們?cè)噲D找到在App中使用Swift編寫(xiě)正確、一致的單例方法。我們知道編寫(xiě)單例的正確方法，但是無(wú)法用理論來(lái)證明。沒(méi)有足夠的文檔支持，想證明方法的正確是徒勞的。在網(wǎng)上或博客圈中沒(méi)有足夠多的信息的話，這只能是一家之言，大家都知道如果網(wǎng)上查不到信息，就不會(huì)相信。這點(diǎn)讓我很難過(guò)。

圖片-4

我搜索了許多信息，甚至翻到了google搜索結(jié)果的10多頁(yè)，還是一無(wú)所獲。難道沒(méi)有人發(fā)帖證明單行單利方法的正確性？可能有人發(fā)過(guò)，但是太難被發(fā)現(xiàn)了。

因此我決定將各種單例都寫(xiě)一變，然后在運(yùn)行時(shí)加入斷點(diǎn)來(lái)觀測(cè)。

分析了每個(gè)stack trace的記錄后，我發(fā)現(xiàn)了有趣的東西——證據(jù)！

來(lái)看看截圖：

使用全局單例方法

圖片-5

使用單行單例方法

圖片-6

第一張圖片展示了使用全局實(shí)例時(shí)的stack trace。標(biāo)紅的地方需要注意。在調(diào)用Kraken單例之前，先調(diào)用了swift_once，接下來(lái)是swift_once_block_invoke。Apple之前在文檔中已經(jīng)說(shuō)過(guò)，“懶實(shí)例化”的全局變量會(huì)被自動(dòng)放在dispatch_once塊中，我們可以假定說(shuō)的就是這個(gè)東西。

了解了這些知識(shí)，我們來(lái)看看漂亮的單行單例方法。如圖所示，調(diào)用完全一樣。這樣，我們就有了證據(jù)證明單行單例方法是正確的。

不要忘記設(shè)置初始化方法為私有

@davedelong，Apple的Framework傳道者，善意地提醒我：必須保證init方法的私有性，只有這樣，才能保證單例是真正唯一的，避免外部對(duì)象通過(guò)訪問(wèn)init方法創(chuàng)建單例類的其他實(shí)例。由于Swift中的所有對(duì)象都是由公共的初始化方法創(chuàng)建的，我們需要重寫(xiě)自己的init方法，并設(shè)置其為私有的。這很簡(jiǎn)單，而且不會(huì)破壞到我們優(yōu)雅的單行單例方法。

class TheOneAndOnlyKraken {
    static let sharedInstance = TheOneAndOnlyKraken()
    private init() {} //This prevents others from using the default '()' initializer for this class.
}

這樣做就可以保證編譯器在某個(gè)類嘗試使用()來(lái)初始化TheOneAndOnlyKraken時(shí)，拋出錯(cuò)誤：

圖片-7

就是這樣，我們的單行單例，非常完美！

結(jié)論

這里回復(fù)一下jtbandes在“top rated answer to swift singletons on Stack Overflow”這個(gè)帖子中的問(wèn)題：我也找不到哪里有文檔證明let語(yǔ)句可以帶來(lái)線程安全性的好處。我記得在去年參加WWDC的時(shí)候有類似的說(shuō)法，沒(méi)辦法保證讀者或各位Googler也偶遇到這個(gè)說(shuō)法。希望這個(gè)帖子能幫助大家理解為什么單行單例在Swift中是正確的方法。

CocoaChina 譯文

THE RIGHT WAY TO WRITE A SINGLETON （原文）