Objective-C ARC单例模式

 

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，是一个简单的例模式的UML类图。

 

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
1.//
2.//  BVNonARCSingleton.h
3.//  SingletonPattern
4.//
5.//  Created by BeyondVincent on 13-5-9.
6.//  Copyright (c) 2013年 BeyondVincent. All rights reserved.
7.//
8. 
9.#import <Foundation/Foundation.h>
10. 
11.@interface BVNonARCSingleton : NSObject
12. 
13.@property  ( nonatomic, retain) NSString  *tempProperty;
14.+ (BVNonARCSingleton *)sharedInstance; 
15. 
16.@end11.@implementation BVNonARCSingleton
12. 
13.static BVNonARCSingleton *sharedInstance = nil;
14. 
15.// 获取一个sharedInstance实例，如果有必要的话，实例化一个
16.+ (BVNonARCSingleton *)sharedInstance {
17.    if (sharedInstance == nil) {
18.        sharedInstance = [[super allocWithZone:NULL] init];
19.    }
20. 
21.    return sharedInstance;
22.}
23. 
24.// 当第一次使用这个单例时，会调用这个init方法。
25.- (id)init
26.{
27.    self = [super init];
28. 
29.    if (self) {
30.        // 通常在这里做一些相关的初始化任务
31.    }
32. 
33.    return self;
34.}
35. 
36.// 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）
37.-(void)dealloc
38.{
39.    [super dealloc];
40.}
41. 
42.// 通过返回当前的sharedInstance实例，就能防止实例化一个新的对象。
43.+ (id)allocWithZone:(NSZone*)zone {
44.    return [[self sharedInstance] retain];
45.}
46. 
47.// 同样，不希望生成单例的多个拷贝。
48.- (id)copyWithZone:(NSZone *)zone {
49.    return self;
50.}
51. 
52.// 什么也不做——该单例并不需要一个引用计数（retain counter）
53.- (id)retain {
54.    return self;
55.}
56. 
57.// 替换掉引用计数——这样就永远都不会release这个单例。
58.- (NSUInteger)retainCount {
59.    return NSUIntegerMax;
60.}
61. 
62.// 该方法是空的——不希望用户release掉这个对象。
63.- (oneway void)release {
64. 
65.}
66. 
67.//除了返回单例外，什么也不做。
68.- (id)autorelease {
69.    return self;
70.}
71. 
72.@end2.@synchronized (self)
3.{
4.    if(sharedInstance == nil)
5.    {
6.        sharedInstance = [[super allocWithZone:NULL] init];
7.    }
8.}11.@interface BVARCSingleton : NSObject
12. 
13.@property  ( nonatomic, weak) NSString  *tempProperty;
14.+ (BVARCSingleton *)sharedInstance;
15. 
16.@end11.@implementation BVARCSingleton
12. 
13.+ (BVARCSingleton *) sharedInstance
14.{
15.    static  BVARCSingleton *sharedInstance = nil ;
16.    static  dispatch_once_t onceToken;  // 锁
17.    dispatch_once (& onceToken, ^ {     // 最多调用一次
18.        sharedInstance = [[self  alloc] init];
19.    });
20.    return  sharedInstance;
21.}
22. 
23.// 当第一次使用这个单例时，会调用这个init方法。
24.- (id)init
25.{
26.    self = [super init];
27. 
28.    if (self) {
29.        // 通常在这里做一些相关的初始化任务
30.    }
31. 
32.    return self;
33.}
34. 
35.@end2.@synchronized (self)

BVNonARCSingleton.m
1.//
2.//  BVNonARCSingleton.m
3.//  SingletonPattern
4.//
5.//  Created by BeyondVincent on 13-5-9.
6.//  Copyright (c) 2013年 BeyondVincent. All rights reserved.
7.//
8. 
9.#import "BVNonARCSingleton.h"
10. 
 
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。

1.// 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）
2.@synchronized (self)
3.{
4.    if(sharedInstance == nil)
5.    {
6.        sharedInstance = [[super allocWithZone:NULL] init];
7.    }
8.}
 

通过上面的代码就能保存线程安全。
1.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
1.//
2.//  BVARCSingleton.h
3.//  SingletonPattern
4.//
5.//  Created by BeyondVincent on 13-5-9.
6.//  Copyright (c) 2013年 BeyondVincent. All rights reserved.
7.//
8. 
9.#import <Foundation/Foundation.h>
10. 
 
BVARCSingleton.m
1.//
2.//  BVARCSingleton.m
3.//  SingletonPattern
4.//
5.//  Created by BeyondVincent on 13-5-9.
6.//  Copyright (c) 2013年 BeyondVincent. All rights reserved.
7.//
8. 
9.#import "BVARCSingleton.h"
10. 
 
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：
1.    // 不使用GCD，通过@synchronized
2.@synchronized (self)
3.{
4.    if(sharedInstance == nil)
5.    {
6.        sharedInstance = [[self alloc] init];
7.    }
8.}
 
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：
1.#define DEFINE_SHARED_INSTANCE_USING_BLOCK(block) \
2.static dispatch_once_t onceToken = 0; \
3.__strong static id sharedInstance = nil; \
4.dispatch_once(&onceToken, ^{ \
5.sharedInstance = block(); \
6.}); \
7.return sharedInstance; \

实例化的实现方法如下所示：
1.+ (BVARCSingleton *) sharedInstance
2.{
3.    DEFINE_SHARED_INSTANCE_USING_BLOCK(^{
4.        return [[self alloc] init];
5.    });
6.}

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：
1.#import "BVNonARCSingleton.h"
2.#import "BVARCSingleton.h"

如下使用方法：
1.- (BOOL)application:(UIApplication *)application didFinishLaunchingWithOptions:(NSDictionary *)launchOptions
2.{
3.    [BVNonARCSingleton sharedInstance].tempProperty = @"非ARC单例的实现";
4.    NSLog(@"%@", [BVNonARCSingleton sharedInstance].tempProperty);
5. 
6.    [BVARCSingleton sharedInstance].tempProperty = @"ARC单例的实现";
7.    NSLog(@"%@", [BVARCSingleton sharedInstance].tempProperty);
8. 
9.    return YES;
10.}