iOS设计模式-单例模式

1. 什么是单例模式

单例模式（Singleton Pattern） 定义

Ensure a class has only one instance, and provide a global point of access to it.（确保某一个类只有一个实例，而且自行实例化并向整个系统提供这个实例。）

指一个类只有一个实例，这个实例有一个全局唯一的访问点，且该类能自行创建这个实例的一种模式。

2. 角色组成

主要有两个角色组成：

单例类（signleton）:包含一个实例且能自行创建这个实例的类。
访问类（Client）：调用单例的类

图片.png

3. 代码实现

假设我们要创建一个Singleton，在使用Object-C语言进行创建单例时一般有如下几种方式：

3.1 非线程安全单例

非线程安全的单例一般采用简单的懒加载模式即可实现

+ (instancetype)shareInstance {
    static Singleton *_instance = nil;
    if (!_instance) {
        _instance = [[self alloc] init];
    }
    return _instance;
}

3.2 使用@synchronized创建线程安全单例

由于单例属于全局分享的实例，很多场景下是需要考虑线程安全的，我们可以在原有的基础上通过使用@synchronized达到线程安全

+ (instancetype)shareInstance {
    static Singleton *_instance = nil;
    @synchronized (self) {
        if (!_instance) {
            _instance = [[self alloc] init];
        }
    }
    return _instance;
}

3.3 使用dispatch_once创建线程安全单例

使用@synchronized的方式创建单例，虽然也能达到线程安全，但是在高并发的情况下性能是比较低的。OC的内部机制里提供了一种更加高效的方式，那就是dispatch_once，它可以保证block中的内容只被执行一次且效率更高

+ (instancetype)shareInstance {
    static Singleton *_instance = nil;
    static dispatch_once_t onceToken;
    dispatch_once(&onceToken, ^{
        _shareInstance = [[super allocWithZone:nil] init];
    });
    return _shareInstance;
}

3.4 如何保证单例

由于OC的语言特性，我们无法屏蔽构造函数，虽然我们定义了单例的统一调用接口，但是依然可以通过 alloc、copy等方式创建新的实例。

无论是alloc还是new，都会调用到 allocWithZone方法。在通过拷贝的时候创建对象时，会调用到 copyWithZone:，mutableCopyWithZone: 方法。我们可以采用重新这些方法，来控制实例的唯一性。

static Singleton *_shareInstance = nil;

@implementation Singleton

+ (instancetype)shareInstance {
    static dispatch_once_t onceToken;
    dispatch_once(&onceToken, ^{
        _shareInstance = [[super allocWithZone:nil] init];
    });
    return _shareInstance;
}

+ (instancetype)allocWithZone:(struct _NSZone *)zone {
    return [self shareInstance];
}

- (id)copyWithZone:(NSZone *)zone{
    return [Singleton shareInstance];
}

- (id)mutableCopyWithZone:(NSZone *)zone{
    return [Singleton shareInstance];
}

@end

除了直接重写这些创建实例会调用到的方法外，我们可以通过声明alloc，new，copy，mutableCopy方法不可以直接调用。这样如果在外部调用这些方法时都会提示编译错误

@interface Singleton : NSObject

+(instancetype) alloc __attribute__((unavailable("call sharedInstance instead")));
+(instancetype) new __attribute__((unavailable("call sharedInstance instead")));
-(instancetype) copy __attribute__((unavailable("call sharedInstance instead")));
-(instancetype) mutableCopy __attribute__((unavailable("call sharedInstance instead")));

+ (instancetype)shareInstance;
@end

3.5 使用宏定义创建

因为单例模式在开发中是经常使用的，所以很多人都会把这些代码封装成一个宏。如：

#define SINGLETON_DECLARE() \
+ (instancetype) shareInstance; \
+(instancetype) alloc __attribute__((unavailable("call sharedInstance instead")));\
+(instancetype) new __attribute__((unavailable("call sharedInstance instead")));\
-(instancetype) copy __attribute__((unavailable("call sharedInstance instead")));\
-(instancetype) mutableCopy __attribute__((unavailable("call sharedInstance instead")));\

#define SINGLETON_IMPLEMENT() \
+ (instancetype) shareInstance \
{ \
    static dispatch_once_t _onceToken = 0; \
    static id _instance = nil; \
    dispatch_once (&_onceToken, ^ () { \
        _instance = [[self alloc] init]; \
    }); \
     \
    return _instance; \
}

4. 分析

单例模式可以保证在程序运行过程，一个类只有一个实例，而且该实例易于供外界访问，从而方便地控制了实例个数，并节约系统资源
由于单例对象只要程序在运行中就会一直占用系统内存，该对象在闲置时并不能销毁，在闲置时也消耗了系统内存资源，如果大面积使用的话，会长期消耗大量内存

5. 适用范围

当对象需要被全局共享的场合，比如工具类，配置类等。由于单例模式只允许创建一个对象，共享该对象可以节省内存，并加快对象访问速度
当一个类需要被频繁的创建和释放时，可以使用单例模式，减少创建释放次数，提高效率