[移动开发]【OC】单例模式

1. 单例模式

单例模式是指一个类只返回一个对象，无论创建多少次，都只返回一个对象即可。单例模式可以有效解决一个全局使用的类被频繁创建和销毁带来的系统性能下降，和资源的多重占用。

注意：

• 单例类只能有一个实例。
• 单例类必须自己创建自己的唯一实例。
• 单例类必须给所有其他对象提供这一实例。

2. 基本创建

单例模式最简单的创建方法是先定义一个static全局变量用于保存已创建的Singleton对象。每次需要获取该实例时，程序先判断，该static变量是否为nil，如果该全局变量为nil，则初始化一个实例并赋值给static全局变量。

这里只展示此方法下Singleton类的实现部分：

static id _instance = nil;  //定义static全局变量

@implementation Singleton

+ (id) shareInstance {
	// 先判断_instance是否为空
    if (_instance == nil) {
    	// 为空则初始化
        _instance = [[self alloc] init];
    }
    // 返回实例
    return _instance;
}

@end

3. 使用dispatch_once

上面方法在单线程下可以保证单例只被初始化一次；但是多线程的出现，使得在极端条件下，单例也可能返回了不同的对象。如在单例初始化完成前，多个进程同时访问单例，那么这些进程可能都获得了不同的单例对象。

苹果提供了 dispatch_once(dispatch_once_t *predicate,dispatch_block_t block);函数来避免这个问题，该函数保证相关的块必定会执行，且执行一次。此操作完全是线程安全的。

同样只有实现部分代码：

static id _instance = nil;  //定义static全局变量

@implementation Singleton

+ (id) shareInstance {
    // static修饰标记变量
    static dispatch_once_t onceToken;
    dispatch_once(&onceToken, ^{
        _instance = [[self alloc] init];
    });
    return _instance;
}

@end

4. 完善单例模式

使用上面方法访问的都是_instance对象，这没有什么问题。但是程序仍然可以使用[[Singleton alloc] init]来创建新对象，如下：

int main (void) {
    @autoreleasepool {
        Singleton* p1 = [Singleton shareInstance];
        Singleton* p2 = [[Singleton alloc] init];
        // 将输出0
        NSLog(@"%d", p1 == p2);
    }
}

编译运行结果：

2022-06-13 14:58:58.195682+0800 考核[6509:181276661] 0
Program ended with exit code: 0

可以看到，两种方式返回的并不是同一实例。这就违背了单例对象的原则。

为了解决这个问题，我们可以重写alloc函数，使alloc函数返回同一对象地址。

我们查看Xcode的文档可以发现，实际上alloc的过程并没有做什么事，而是调用了allocWithZone这个方法。

单例模式的最终目的，就是返回唯一一个实例，那么就可以通过重写 allocWithZone:， 使得alloc返回已存在的实例。
如下：

static id _instance = nil;  //定义static全局变量

@implementation Singleton

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

+ (id) allocWithZone:(struct _NSZone *)zone {
    // 返回已存在的实例
    return [Singleton shareInstance];
}

@end

但这么写也会有问题，由于重写allocWithZone:调用[Singleton shareInstance]但是。在[Singleton shareInstance]中有调用了[self alloc]，[self alloc]又回调用[Singleton shareInstance]，这样就造成了死循环。

为了避免这个问题，我们不妨将创建单例的代码放在allocWithZone:中，并使shareInstance方法单纯返回[[self alloc] init]。

同时为了避免alloc与allocWithZone:循环调用造成死循环，我们创建单例时使用[super allocWithZone:Zone]，调用父类的allocWithZone:方法。

代码如下：

static id _instance = nil;  //定义static全局变量

@implementation Singleton

+ (id) shareInstance {
    return [[self alloc] init];
}

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

@end

测试代码：

int main (void) {
    @autoreleasepool {
        Singleton* p1 = [Singleton shareInstance];
        Singleton* p2 = [[Singleton alloc] init];
        
        NSLog(@"%d", p1 == p2);
    }
}

运行结果：

2022-06-13 15:57:52.575268+0800 考核[98077:191433834] 1
Program ended with exit code: 0