Singleton 單例設(shè)計模式

單例設(shè)計模式確保對于一個給定的類只有一個實(shí)例存在，這個實(shí)例有一個全局唯一的訪問點(diǎn)。它通常采用懶加載的方式在第一次用到實(shí)例的時候再去創(chuàng)建它；

Apple Developer的Singleton

singleton

以下為蘋果官方文檔的翻譯：

無論一個應(yīng)用程序請求它多少次，一個單例類(Singleton)都返回相同的實(shí)例。一個典型的類(Typical class)允許調(diào)用者創(chuàng)建出想要的盡可能多的實(shí)例,而一個單例類每個進(jìn)程中只能有一個實(shí)例。一個單例對象提供了一個全局的資源的訪問點(diǎn)。單例對象被用在這是這些情況下：例如提供一些普遍的服務(wù)和資源的類。

你通過工廠方法從一個單例類中獲得一個全局實(shí)例。在第一次request后，類以懶加載的方式創(chuàng)建它的唯一實(shí)例,并確保沒有其他實(shí)例可以被創(chuàng)建。一個單例類還可以防止調(diào)用者copy、retain或release實(shí)例。如果你有需要，你可以創(chuàng)建自己的單例類。如果你有一個這樣的類,在應(yīng)用程序中它為其他對象提供聲音,您可能會使它成為一個單例。

有些Cocoa框架類是單例類。其中包括NSFileManager,NSWorkspace,及在UIKit框架中的UIApplication和UIAccelerometer類。工廠方法返回單例類實(shí)例的名稱,按照慣例,采用sharedClassType形式。例如：Cocoa框架中的sharedFileManager,sharedColorPanel,sharedWorkspace。

使用dispatch_once方式創(chuàng)建單例

在ARC環(huán)境下

.h文件

@interface GeneralTools : NSObject

//提供一個類方法
//1.表明身份,說明這是一個單例
//2.方便外界訪問
//3.注意點(diǎn):類方法命名規(guī)范,一般以shared+類名|default+類名|類名
+ (GeneralTools *)sharedTools;

@end

.m文件

#import "GeneralTools.h"

@implementation GeneralTools

//首先將唯一實(shí)例存儲在靜態(tài)區(qū)（因?yàn)橛胹tatic 標(biāo)記過）
static GeneralTools *_instance = nil;

//其次分配內(nèi)存空間
/*
 因?yàn)閍lloc內(nèi)部會調(diào)用allocWithZone，也就是說allocWithZone方法更底層。也就是說我們實(shí)現(xiàn)alloc方法的話就只能攔截alloc方法，但是實(shí)現(xiàn)allocWithZone方法的話，任何內(nèi)存分配的方法我們都能攔截。
 */
+(instancetype)allocWithZone:(struct _NSZone *)zone{
    //只進(jìn)行一次
    //調(diào)用dispatch_once保證在多線程中也只被實(shí)例化一次
    static dispatch_once_t onceToken;
    dispatch_once(&onceToken, ^{
        _instance = [super allocWithZone:zone];
    });
    return _instance;
}

//單例方法
+(GeneralTools *)sharedTools{
    
    static dispatch_once_t onceToken;
    dispatch_once(&onceToken, ^{
        _instance = [[self alloc] init];
    });
    return _instance;
}

//copy在底層 會調(diào)用copyWithZone:
- (id)copyWithZone:(NSZone *)zone{
    return  _instance;
}

- (id)mutableCopyWithZone:(NSZone *)zone{
    return _instance;
}

@end

在MRC環(huán)境下

.h文件

@interface MRCTools : NSObject

+ (MRCTools *)sharedMRCTools;

@end

.m文件

#import "MRCTools.h"

@implementation MRCTools

static MRCTools *_instance = nil;

+ (instancetype)allocWithZone:(struct _NSZone *)zone{
    static dispatch_once_t onceToken;
    dispatch_once(&onceToken, ^{
        _instance = [super allocWithZone:zone];
    });
    return _instance;
}

+ (MRCTools *)sharedMRCTools{
    static dispatch_once_t onceToken;
    dispatch_once(&onceToken, ^{
        _instance = [[self alloc] init];
    });
    return _instance;
}

- (id)copyWithZone:(NSZone *)zone{
    return _instance;
}

- (id)mutableCopyWithZone:(NSZone *)zone{
    return _instance;
}
//如果是MRC
#if !__has_feature(objc_arc)

- (id)retain {
    return self;
}

- (id)autorelease {
    return self;
}

- (oneway void)release {
    //never release
}

- (NSUInteger)retainCount {
    return UINT_MAX;  
    //表示對象永遠(yuǎn)不可能被釋放，因?yàn)橐糜嫈?shù)是無限大
}
#endif

oneway關(guān)鍵字應(yīng)用于分布式對象的API,即允許不同的線程或應(yīng)用程序之間使用Objective-C的對象。oneway告訴系統(tǒng),在返回值返回前不應(yīng)該阻止線程的調(diào)用。沒有oneway,調(diào)用者將阻止,盡管該方法的返回類型是void。很明顯,相比于void它是不會被使用的,這樣做就意味著方法返回了某些東西,但是調(diào)用者沒有得到它。

將單例的創(chuàng)建抽取成宏的方式

//##classname ##表示拼接字符
#define JWSingletonH(classname) + (classname *)shared##classname;

#if __has_feature(objc_arc)

#define JWSingletonM(classname)\   //"\"代表這句代碼還沒有結(jié)束，包括下一行
static classname *_instance = nil;\
\
+ (instancetype)allocWithZone:(struct _NSZone *)zone{\
    static dispatch_once_t onceToken;\
    dispatch_once(&onceToken, ^{\
        _instance = [super allocWithZone:zone];\
    });\
    return _instance;\
}\
\
+ (classname *)shared##classname{\
    static dispatch_once_t onceToken;\
    dispatch_once(&onceToken, ^{\
        _instance = [[self alloc] init];\
    });\
    return _instance;\
}\
\
- (id)copyWithZone:(NSZone *)zone{\
    return _instance;\
}\
\
- (id)mutableCopyWithZone:(NSZone *)zone{\
    return _instance;\
}
//如果是MRC
#else

#define JWSingletonM(classname)\
static classname *_instance = nil;\
\
+ (instancetype)allocWithZone:(struct _NSZone *)zone{\
static dispatch_once_t onceToken;\
dispatch_once(&onceToken, ^{\
_instance = [super allocWithZone:zone];\
});\
return _instance;\
}\
\
+ (classname *)shared##classname{\
static dispatch_once_t onceToken;\
dispatch_once(&onceToken, ^{\
_instance = [[self alloc] init];\
});\
return _instance;\
}\
\
- (id)copyWithZone:(NSZone *)zone{\
return _instance;\
}\
\
- (id)mutableCopyWithZone:(NSZone *)zone{\
return _instance;\
}\
- (id)retain {\
    return self;\
}\
- (id)autorelease {\
    return self;\
}\
- (oneway void)release {\
}\
- (NSUInteger)retainCount {\
    return UINT_MAX;\
}

#endif

以后只需要創(chuàng)建一個頭文件將此代碼放入頭文件中即可；在使用時將此頭文件導(dǎo)入需要創(chuàng)建單例的文件中即可；詳見下面創(chuàng)建實(shí)例：

.h文件

#import <Foundation/Foundation.h>
#import "SingleTonMacroDefine.h"

@interface GloableSingleTon : NSObject

JWSingletonH(GloableSingleTon)

@end

.m文件

#import "GloableSingleTon.h"

@implementation GloableSingleTon

JWSingletonM(GloableSingleTon)

@end

使用@synchronized(self)互斥鎖的方式創(chuàng)建單例類

.h文件

#import <Foundation/Foundation.h>

@interface SynchronizedSingle : NSObject

+ (instancetype)sharedInstance;

@end

.m文件

#import "SynchronizedSingle.h"

@implementation SynchronizedSingle

static id _instance;

+ (instancetype)allocWithZone:(struct _NSZone *)zone{
    @synchronized(self) {
        if (!_instance) {
            _instance = [super allocWithZone:zone];
        }
    }
    return _instance;
}

+ (instancetype)sharedInstance{
    @synchronized(self) {
        if (!_instance) {
            _instance = [[self alloc] init];
        }
    }
    return _instance;
}

- (id)copyWithZone:(NSZone *)zone
{
    return _instance;
}

- (id)mutableCopyWithZone:(NSZone *)zone{
    return _instance;
}

#if !__has_feature(objc_arc)
- (id)retain {
    return self;
}

- (id)autorelease {
    return self;
}

- (oneway void)release {
    //never release
}

- (NSUInteger)retainCount {
    return UINT_MAX;  //表示對象永遠(yuǎn)不可能被釋放，因?yàn)橐糜嫈?shù)是無限大
}
#endif
@end

互斥鎖的工作機(jī)制：

假設(shè)此時線程A在執(zhí)行sharedInstance方法，那么synchronize大括號內(nèi)創(chuàng)建單例的代碼，如下所示：

if (_instance == nil) {
_instance = [[self alloc] init];
}

>就會被當(dāng)做一個任務(wù)被加上了一把鎖。此時假設(shè)線程B也想執(zhí)行`sharedInstance`方法創(chuàng)建單例，但是看到了線程A加的互斥鎖，就會進(jìn)入睡眠模式。等到線程A執(zhí)行完畢，才會被喚醒，然后去執(zhí)行上面所示的創(chuàng)建單例的代碼，但是此時`_instance !=nil`,所以不會再創(chuàng)建新的實(shí)例對象了。從而保證只會創(chuàng)建一個實(shí)例對象。

> 但是互斥鎖會影響性能，所以最好還是使用GCD方式創(chuàng)建單例。

####dispatch_once的工作機(jī)制：
>`dispatch_once`保證程序在運(yùn)行過程中只會被運(yùn)行一次，那么假設(shè)此時線程A先執(zhí)行`sharedInstance`方法，創(chuàng)建了一個實(shí)例對象，線程B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(shí)例對象。
>  

###總結(jié)：
>**為什么dispatch_once性能優(yōu)于@synchronized互斥鎖？** 
>
>`@synchronized`采用的是遞歸互斥鎖來實(shí)現(xiàn)線程安全，而`dispatch_once`的內(nèi)部則使用了很多原子操作來替代鎖，以及通過信號量來實(shí)現(xiàn)線程同步，而且有很多針對處理器優(yōu)化的地方，甚至在if判斷語句上也做了優(yōu)化(逼格有點(diǎn)高)，使得其效率有很大的提升；


###注意：
>通常來說，單例類的生命周期貫穿于整個應(yīng)用的生命周期中，你**不應(yīng)該保存太多其它對象的強(qiáng)引用**，因?yàn)樗麄冎挥械綉?yīng)用關(guān)閉的時候才能被釋放。

####覺得好，給個關(guān)注，謝謝。