iOS单例设计模式详解教程

iOS中有很多的设计模式，当然任何一门语言都有很多的设计模式，单例是其中一种，单例，字面上理解来说就是单独的实例，首先它是单独唯一的，其次它是一个实例。我们知道在iOS开发中使用的Objective—C语言是面向对象语言，我们说的实例通常就是指我们创建的对象。而用来创建单例（唯一实例）的类就是单例类，这一点不难理解。

单例：

无论一个应用程序请求多少次，单例类都始终返回的是同一个实例对象。一个典型的类在用户需要的情况下会创建很多个对象，而一个单例类在一个应用程序当中只会创建唯一的一个实例。一个单例对象提供一个资源点供全局访问。单例通常在单点控制值得使用的时候使用，比如一个类要提供一些通用的服务和资源。

单例类：

我们通常通过一个工厂方法从单例类中获取一个全局的实例变量。当第一次被请求的时候，这个类会懒加载它的唯一实例（单例），以此确保此后没有其它实例被创建。一个单例类同时也阻止用户copy、retain或者release这个实例。如果我们需要，我们可以创建我们自己的单例类（系统有很多单例类，下面补充说明）。比如我们需要一个类为其它应用程序中的对象提供声音的时候，我们可以创建一个单例。

补充：

有几个Cocoa框架的类是单例类，包括NSFileManager、NSWorkSpace，并且在UIKit当中，UIApplication，UIAccelerometer都是单例类。按照惯例，工厂方法返回单一实例的名称格式，形式是shareClassType（share + 类型名）。就拿Cocoa框架举例来说，工厂方法都称之为“sharedFileManager、sharedColorPanel和sharedWorkspace”。

图示：

左图表示普通类创建对象，当外界需要的时候创建一次对象，但是每次创建的对象都不一样。右图表示单例类创建的对象，无论外界请求多少，返回的对象都是唯一的,这样在实际开发当中，我们就可以通过单例来给外界提供共有的资源和服务来使用，比如多个页面需要同一个数据，就可以在多个页面访问唯一的单例。



准备：

在学习单例之前，除了OC基本的语法之外，你需要这些知识储备：

一、必备知识

1、创建一个对象的基本形式。

2、内存管理的基本知识。

3、工厂方法的了解。

二、相关知识：

1、对象的拷贝

2、内存管理高级。

3、多线程知识。

如果你在这些方面有一些欠缺，可能不会直接导致你理解不了单例设计模式，但是会增加难度，所以我还是希望我们有一定的学习基础再去涉及设计模式的知识，当然大家完全可以通过搜索或者查阅资料做一些先决的知识储备。

单例的基本知识我们已经介绍完了，现在我们开始去学习如何创建一个单例。我们先来创建一个最简单的单例，也就是“伪单例”，是我们常用的方式，然后再一步一步健全它。

第一步：我们创建一个空工程（EmptyApplication），并且在工程中搜索，gar，启用MRC（方便我们研究和学习一个完整的单例）。



第二步：我们创建一个单例类（WDSingletonManager，当然名字自定义，你可以起名为“A”，只要你开心，别忘了继承自NSObject）,并且分别在.h、.m中书写以下代码。

接口部分（.h中）代码：

#import <Foundation/Foundation.h>

@interface WDSingletonManager : NSObject

//去掉前缀，share + 类名
+ (instancetype)shareSingletonManager;

//当然你的类名如果是 XX + DataHandle（XX,代表开发者自定义的前缀，一般是你称呼的首字母组合或者团队的缩写），那么你的方法名按照苹果推荐的命名规范应该如下书写（只是建议，对程序本身无影响）：
//+ (instancetype)shareDataHandle;

@end

实现部分（.m中）代码：

@implementation WDSingletonManager

//实现创建单例的工厂方法
+ (instancetype)shareSingletonManager{

//声明一个静态指针变量用于保持指针指向的对象的唯一，static这一行代码在整个工程中只执行一次。
static WDSingletonManager *singletonManager = nil;
//懒创建方式，如果没有才创建,有的话直接返回，if的分支语句只有外界第一次调用的时候才执行。
if (nil == singletonManager) {
singletonManager = [[self alloc]init];
}
return singletonManager;
}

@end

好了，至此，一个伪单例类就创建完成了，这样我们每次调用的时候，看一下对象是否唯一呢？一起来验证一下。



验证发现，结果是我们想要的，也就是说我们无论创建多少个对象，实际上都是同一个实例（因为始终在堆区始终是同一块内存空间），当然，在实际开发中，你也可以给这个单例加一个属性或者方法，达到每个页面或者每个页面的每个地方都可以访问或者修改的目的。这就是我们基本的一个单例，当然这也是不完整的。不完整在哪里，我们一起来思考一下。通常创建一个对象都是可以使用动静态方法结合来创建的，比如id obj
= [[NSObject alloc]init];//或者 id
_obj = [NSObject new];，那么我们在使用单例的时候没有谁规定一定使用我们shareClassType类似的方法去创建，所以为了保证对象的唯一性，我们需要在使用alloc + init的方法的时候也需要保证创建的对象唯一性。那怎么办到呢？其实我们每次在调用alloc方法的时候，系统都会去调用一个allocWithZone的方法，所以我们需要重写此方法。那么单例是唯一的，我们在程序中多个页面都需要使用，那么其中的一个页面或者一个地方万一release掉呢？retain呢？这时候我们的单例都无法保证它的特性。所以，我们要把内存管理的问题综合考虑进去，我们需要完善一下。

第三步：完善步骤（在我们的.m中书写）。

注：在静态方法（类方法）中，self代表的的是类，在动态方法中（对象方法，也就是俗称的“减号方法”），self代表的是当前的对象，因为单例类的唯一性，所以我们在调用静态方法的时候，返回self和返回我们自己的静态变量实质是一样的。

#import "WDSingletonManager.h"
@implementation WDSingletonManager
//声明一个静态指针变量用于保持指针指向的对象的唯一，static这一行代码在整个工程中只执行一次。
static WDSingletonManager *singletonManager = nil;

//实现创建单例的工厂方法
+ (instancetype)shareSingletonManager{

//懒创建方式，如果没有才创建,有的话直接返回，if的分支语句只有外界第一次调用的时候才执行。
if (nil == singletonManager) {
singletonManager = [[self alloc]init];
}
return singletonManager;
}

+ (instancetype)allocWithZone:(struct _NSZone *)zone{

if (!singletonManager) {
//记住这里不是self,而是super,因为self调用alloc或者allocWithZone都会导致递归，用super可以有效的避免
singletonManager = [super allocWithZone:zone];
}
return singletonManager;
}

//重写init方法，保证初始化返回的对象唯一。
- (instancetype)init{

if (!self) {
self = [super init];
}
return self;
}

//直接返回自己，不让内部做任何操作，确保对象唯一
- (instancetype)retain{

return self;
}
//直接返回自己，不让内部做任何操作，确保对象唯一
- (id)copy{

return self;
}
//直接返回自己，不让内部做任何操作，确保对象唯一，不过需要先遵守NSCopying协议
- (id)copyWithZone:(NSZone *)zone{

return self;
}
//不让释放，重写方法，不做任何操作即可。（one way代表此操作无法“回滚”，即不能撤销）
- (oneway void)release{

}
//区别于release,autorelease是有返回值的，我们只需要返回自己（self）或者返回我们的单例（singletonManager）就可以
- (instancetype)autorelease{

return self;

}
//以下方法可不写,当然包括dealloc方法也不需要重写

//不让外界访问我们的引用计数（模仿系统的类簇比如NSString的retainCount），给出一个不可能的值（无实际意义，装逼用）
- (NSUInteger)retainCount{

return NSIntegerMax;//或者-1，也可以。
}

@end

补充：很多人告诉大家，关于整个单例类的设计中，init的相关方法可以不写，因为alloc已经分配了空间，这是错误的结论。我希望大家对此有一个认知。alloc，是静态的空间分配，init是动态的初始化过程。一般情况下他们返回的地址是一样的，但是也会有例外。所以我们无法保证。下面这段代码（大家拷贝到自己的工程去验证）就告诉大家不要轻易的相信alloc和init返回的对象地址是一致的，当然这只是个例，不过我还是希望大家注意。

NSMutableArray *array = [NSMutableArray alloc];
NSLog(@"%p",array);
array = [array init];
NSLog(@"%p",array);

较完善的单例创建就已经OK了，这是我们目前在MRC情况下考虑比较全面的情况，也是依照苹果官方的建议书写的单例。但是随着我们学习知识的全面性，依然有一些问题暴露出来了，比如多线程，那么，多线程会出现什么问题呢？当两个线程同时访问一个单例，这时候如果单例为nil，那么他们同时去创建单例，又两个线程同时创建单例对象，显然又不符合我们的要求。那么我们需要怎么做呢？我们需要进行多线程情况下的保护操作，只需要给下面这三个方法加锁就可以了。

第四步：多线程问题

+ (instancetype)shareSingletonManager{

//确保每次只有一个线程可以访问
@synchronized(self){

if (nil == singletonManager) {
singletonManager = [[WDSingletonManager alloc]init];
}

}

return singletonManager;
}

+ (instancetype)allocWithZone:(struct _NSZone *)zone{

@synchronized(self){

if (nil == singletonManager) {
singletonManager = [super allocWithZone:zone];
}

}
return singletonManager;
}
- (instancetype)init{

@synchronized(self){

if (!self) {
self = [super init];
}
}
return self;
}

当然，这还不是唯一的，因为我们知道多线程也可以创建单例，也省去了我们考虑多线程在内的因素。就是用下面的方法去创建单例（替换掉第一个加号方法就可以），可以有效的避免，至于涉及到的多线程知识，那就是dispatch_once了,我们知道dispatch_once是在整个程序的生命周期中只运行一次，所以有效的避免了各种问题，包括多线程访问的问题。

+ (instancetype)shareSingletonManager{

static dispatch_once_t onceToken;
dispatch_once(&onceToken, ^{
singletonManager = [[self alloc]init];
});
return singletonManager;
}

好了，我知道赘述到这里，相信大家已经对单例有了一个详细的了解了，希望可以帮到大家。当然，实际开发中我们可能只需要一个伪单例，或者是在ARC的情况下去处理一些问题，有时候不会碰到这么多的问题。所以我们只是做一个详细的解释，供大家参考。不要一味的追寻完整性，使代码冗余，高效的代码才是我们追求的。当然，单例是一种很好的设计模式，做解析数据的公共数据源，界面传值等等都是很好的方案。不过也不要乱用，因为一旦创建了单例，只有程序被kill掉单例才会消失，所以对于内存精确控制的学生，一定要不要滥用单例。

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注：以上所以代码和演示，均在Xcode6.3.2版本验证。