iOS设计模式(02):单例模式

原文：http://beyondvincent.com/blog/2013/05/09/20/

singleton-design-pattern

什么是单例模式？

单例模式是一个类在系统中只有一个实例对象。通过全局的一个入口点对这个实例对象进行访问。在iOS开发中，单例模式是非常有用的一种设计模式。如下图，是一个单例模式的UML类图。

singleton_uml_class_structure

 

iOS SDK中也有许多类使用了单例模式，例如，UIApplication：当程序启动的时候，会调用UIApplicationMain方法，在该方法中，会实例化一个UIApplication对象，之后在程序中的任意地方调用sharedApplication方法都将返回一个与当前应用程序相关的UIApplication实例（UIApplicationMain方法中创建的UIApplication单例）。

什么时候使用单例模式？

在程序中，单例模式经常用于只希望一个类只有一个实例，而不运行一个类还有两个以上的实例。当然，在iOS SDK中，根据特定的需求，有些类不仅提供了单例访问的接口，还为开发者提供了实例化一个新的对象接口，例如，NSFileManager可以通过defaultManager方法返回相同的一个NSFileManager对象。如果需要新的一个NSFileManager实例对象，可以通过init方法。

iOS中单例模式的实现 

iOS中单例模式的实现方式一般分为两种：Non-ARC(非ARC)和ARC+GCD。

1. Non-ARC(非ARC)

非ARC的实现方法如下所示：

BVNonARCSingleton.h

////  BVNonARCSingleton.h//  SingletonPattern////  Created by BeyondVincent on 13-5-9.//  Copyright (c) 2013年 BeyondVincent. All rights reserved.//#import <Foundation/Foundation.h>@interface BVNonARCSingleton : NSObject@property  ( nonatomic, retain) NSString  *tempProperty;+ (BVNonARCSingleton *)sharedInstance; @end

BVNonARCSingleton.m

////  BVNonARCSingleton.m//  SingletonPattern////  Created by BeyondVincent on 13-5-9.//  Copyright (c) 2013年 BeyondVincent. All rights reserved.//#import "BVNonARCSingleton.h"@implementation BVNonARCSingletonstatic BVNonARCSingleton *sharedInstance = nil;// 获取一个sharedInstance实例，如果有必要的话，实例化一个+ (BVNonARCSingleton *)sharedInstance {    if (sharedInstance == nil) {        sharedInstance = [[super allocWithZone:NULL] init];    }    return sharedInstance;}// 当第一次使用这个单例时，会调用这个init方法。- (id)init{    self = [super init];    if (self) {        // 通常在这里做一些相关的初始化任务    }    return self;}// 这个dealloc方法永远都不会被调用--因为在程序的生命周期内容，该单例一直都存在。（所以该方法可以不用实现）-(void)dealloc{    [super dealloc];}// 通过返回当前的sharedInstance实例，就能防止实例化一个新的对象。+ (id)allocWithZone:(NSZone*)zone {    return [[self sharedInstance] retain];}// 同样，不希望生成单例的多个拷贝。- (id)copyWithZone:(NSZone *)zone {    return self;}// 什么也不做——该单例并不需要一个引用计数（retain counter）- (id)retain {    return self;}// 替换掉引用计数——这样就永远都不会release这个单例。- (NSUInteger)retainCount {    return NSUIntegerMax;}// 该方法是空的——不希望用户release掉这个对象。- (oneway void)release {}//除了返回单例外，什么也不做。- (id)autorelease {    return self;}@end

实际上上面的代码苹果官网也有提供：Creating a Singleton Instance，只不过没有给出头文件的定义。上面用非ARC实现单例的方法是线程不安全的，如果有多个线程同时调用sharedInstance方法获取一个实例，而sharedInstance方法需要花费1-2秒钟的时间，那么BVNonARCSingleton的init方法就可能会被多次调用，也就是不同线程获得的BVNonARCSingleton有可能不是同一个实例。怎么解决线程的不安全呢？答案是使用@synchronized来创建互斥锁即可。

// 保证在实例化的时候是线程安全的（当然，该方法不能保证该单例中所有方法的调用都是线程安全的）@synchronized (self){    if(sharedInstance == nil)    {        sharedInstance = [[super allocWithZone:NULL] init];    }}

通过上面的代码就能保存线程安全。
提醒：在iOS中，一般不建议使用非ARC来实现单例模式。更好的方法是使用ARC+GCD来实现。

2. ARC+GCD

通过ARC+GCD的方法来实现单例模式的非常简单的。下面先来看看具体实现：

BVARCSingleton.h

////  BVARCSingleton.h//  SingletonPattern////  Created by BeyondVincent on 13-5-9.//  Copyright (c) 2013年 BeyondVincent. All rights reserved.//#import <Foundation/Foundation.h>@interface BVARCSingleton : NSObject@property  ( nonatomic, weak) NSString  *tempProperty;+ (BVARCSingleton *)sharedInstance;@end

BVARCSingleton.m

////  BVARCSingleton.m//  SingletonPattern////  Created by BeyondVincent on 13-5-9.//  Copyright (c) 2013年 BeyondVincent. All rights reserved.//#import "BVARCSingleton.h"@implementation BVARCSingleton+ (BVARCSingleton *) sharedInstance{    static  BVARCSingleton *sharedInstance = nil ;    static  dispatch_once_t onceToken;  // 锁    dispatch_once (& onceToken, ^ {     // 最多调用一次        sharedInstance = [[self  alloc] init];    });    return  sharedInstance;}// 当第一次使用这个单例时，会调用这个init方法。- (id)init{    self = [super init];    if (self) {        // 通常在这里做一些相关的初始化任务    }    return self;}@end

在上面的代码中，调用Grand Central Dispatch (GCD)中的dispatch_once方法就可以确保BVARCSingleton只被实例化一次。并且该方法是线程安全的，我们不用担心在不同的线程中，会获得不同的实例。（当然，该方法同样不能保证该单例中所有方法的调用都是线程安全的）。

当然，在ARC中，不用GCD也是可以做到线程安全的，跟之前非ARC代码中使用@synchronized一样，如下代码：

// 不使用GCD，通过@synchronized@synchronized (self){    if(sharedInstance == nil)    {        sharedInstance = [[self alloc] init];    }}

为了简化使用ARC+GCD来创建单例，可以定义下面这样的一个宏：

#define DEFINE_SHARED_INSTANCE_USING_BLOCK(block) \static dispatch_once_t onceToken = 0; \__strong static id sharedInstance = nil; \dispatch_once(&onceToken, ^{ \sharedInstance = block(); \}); \return sharedInstance; \

实例化的实现方法如下所示：

+ (BVARCSingleton *) sharedInstance{    DEFINE_SHARED_INSTANCE_USING_BLOCK(^{        return [[self alloc] init];    });}

单例的使用 

单例的使用方法很简单，在代码中的任意位置，如下使用即可：

在BVAppDelegate.m中添加头文件：

#import "BVNonARCSingleton.h"#import "BVARCSingleton.h"

如下使用方法：

- (BOOL)application:(UIApplication *)application didFinishLaunchingWithOptions:(NSDictionary *)launchOptions{    [BVNonARCSingleton sharedInstance].tempProperty = @"非ARC单例的实现";    NSLog(@"%@", [BVNonARCSingleton sharedInstance].tempProperty);    [BVARCSingleton sharedInstance].tempProperty = @"ARC单例的实现";    NSLog(@"%@", [BVARCSingleton sharedInstance].tempProperty);    return YES;}

运行程序，会在控制台窗口输出如下内容：

2013-05-09 16:44:07.649 SingletonPattern[5159:c07] 非ARC单例的实现2013-05-09 16:44:33.204 SingletonPattern[5159:c07] ARC单例的实现

代码实例

本文涉及到的相关实例代码和PDF归档可以到点击下图下载：

代码下载            pdf-icon

参考

本文在写作的时候，参考了许多网上的优秀文章，包括如下：

What Is the Singleton Pattern?（Pro Objective-C Design Patterns for iOS书中对单例模式的介绍）
ios-patterns-singleton（需翻墙，是俄文的）
Singletons in Objective-C
Implementing a Singleton in Objective-C / iOS
Grand Central Dispatch (GCD) Reference（dispatch_once的介绍）
使用GCD（来自唐巧的一篇文章，对GCD总结不错）
Threading Programming Guide（@synchronized关键字的介绍）
Cocoa Fundamentals Guide（苹果官方给的一个非ARC单例实现）

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