ARC和Non-ARC下的單例模式

時間 2019-11-15

標籤 arc non 模式简体版

原文原文鏈接

原文：http://www.cocoachina.com/industry/20130510/6168.htmlhtml

http://www.justinyan.me/post/1306ios

單例模式
iOS SDK中也有許多類使用了單例模式，例如， UIApplication：當程序啓動的時候，會調用UIApplicationMain方法，在該方法中，會實例化一個UIApplication對象，以後在程序中的任意地方調用sharedApplication方法都將返回一個與當前應用程序相關的UIApplication實例（UIApplicationMain方法中建立的UIApplication單例）。

何時使用單例模式？git

在程序中，單例模式常常用於只但願一個類只有一個實例，而不運行一個類還有兩個以上的實例。固然，在iOS SDK中，根據特定的需求，有些類不只提供了單例訪問的接口，還爲開發者提供了實例化一個新的對象接口，例如，NSFileManager能夠經過defaultManager方法返回相同的一個NSFileManager對象。若是須要新的一個NSFileManager實例對象，能夠經過init方法。程序員

iOS中單例模式的實現github

iOS中單例模式的實現方式通常分爲兩種：Non-ARC(非ARC)和ARC+GCD。安全

1.Non-ARC(非ARC)
非ARC的實現方法以下所示：app

BVNonARCSingleton.hide

@interface BVNonARCSingleton : NSObject
 
@property  ( nonatomic, retain) NSString  *tempProperty;
+ (BVNonARCSingleton *)sharedInstance; 
@end

BVNonARCSingleton.mpost

@implementation BVNonARCSingleton

static BVNonARCSingleton *sharedInstance = nil;
// 獲取一個sharedInstance實例，若是有必要的話，實例化一個
+ (BVNonARCSingleton *)sharedInstance {
   if (sharedInstance == nil) {
        sharedInstance = [[super allocWithZone:NULL] init];
    }
    return sharedInstance;
}

// 當第一次使用這個單例時，會調用這個init方法。
- (id)init
{
    self = [super init];

    if (self) {
        // 一般在這裏作一些相關的初始化任務
    }

    return self;
}

// 這個dealloc方法永遠都不會被調用--由於在程序的生命週期內容，該單例一直都存在。（因此該方法能夠不用實現）
-(void)dealloc
{
    [super dealloc];
}
// 經過返回當前的sharedInstance實例，就能防止實例化一個新的對象。
+ (id)allocWithZone:(NSZone*)zone {
    return [[self sharedInstance] retain];
}

// 一樣，不但願生成單例的多個拷貝。
- (id)copyWithZone:(NSZone *)zone {
    return self;
}

// 什麼也不作——該單例並不須要一個引用計數（retain counter）
- (id)retain {
    return self;
}
// 替換掉引用計數——這樣就永遠都不會release這個單例。
- (NSUInteger)retainCount {
    return NSUIntegerMax;
}

// 該方法是空的——不但願用戶release掉這個對象。
- (oneway void)release {

}

//除了返回單例外，什麼也不作。
- (id)autorelease {
    return self;
}
 
@end

實際上上面的代碼蘋果官網也有提供：Creating a Singleton Instance，只不過沒有給出頭文件的定義。上面用非ARC實現單例的方法是線程不安全的，若是有多個線程同時調用sharedInstance方法獲取一個實例，而sharedInstance方法須要花費1-2秒鐘的時間，那麼BVNonARCSingleton的init方法就可能會被屢次調用，也就是不一樣線程得到的BVNonARCSingleton有可能不是同一個實例。怎麼解決線程的不安全呢？答案是使用@synchronized來建立互斥鎖便可。優化

// 保證在實例化的時候是線程安全的（固然，該方法不能保證該單例中全部方法的調用都是線程安全的）

@synchronized (self)
{
   if(sharedInstance == nil)
    {
       sharedInstance = [[super allocWithZone:NULL] init];
    }
}

經過上面的代碼就能保存線程安全。
提醒：在iOS中，通常不建議使用非ARC來實現單例模式。更好的方法是使用ARC+GCD來實現。

2.ARC+GCD
經過ARC+GCD的方法來實現單例模式的很是簡單的。下面先來看看具體實現：

BVARCSingleton.h

@interface BVARCSingleton : NSObject
@property  ( nonatomic, weak) NSString  *tempProperty;
+ (BVARCSingleton *)sharedInstance;
@end

BVARCSingleton.m

@implementation BVARCSingleton
+ (BVARCSingleton *) sharedInstance
{
    static  BVARCSingleton *sharedInstance = nil ;
    static  dispatch_once_t onceToken;  // 鎖
    dispatch_once (&amp; onceToken, ^ {     // 最多調用一次
       sharedInstance = [[self  alloc] init];
    });
    return  sharedInstance;
}

// 當第一次使用這個單例時，會調用這個init方法。
- (id)init
{
    self = [super init];

    if (self) {
        // 一般在這裏作一些相關的初始化任務
    }
 
    return self;
}
@end

在上面的代碼中，調用Grand Central Dispatch (GCD)中的dispatch_once方法就能夠確保BVARCSingleton只被實例化一次。而且該方法是線程安全的，咱們不用擔憂在不一樣的線程中，會得到不一樣的實例。（固然，該方法一樣不能保證該單例中全部方法的調用都是線程安全的）。

固然，在ARC中，不用GCD也是能夠作到線程安全的，跟以前非ARC代碼中使用@synchronized同樣，以下代碼：

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

爲了簡化使用ARC+GCD來建立單例，能夠定義下面這樣的一個宏：

#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;

實例化的實現方法以下所示：

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

單例的使用

單例的使用方法很簡單，在代碼中的任意位置，以下使用便可：

在BVAppDelegate.m中添加頭文件：
#import "BVNonARCSingleton.h"
#import "BVARCSingleton.h"

以下使用方法：

- (BOOL)application:(UIApplication *)application didFinishLaunchingWithOptions:(NSDictionary *)launchOptions
{
    [BVNonARCSingleton sharedInstance].tempProperty = @"非ARC單例的實現";
    NSLog(@"%@", [BVNonARCSingleton sharedInstance].tempProperty);
 
    [BVARCSingleton sharedInstance].tempProperty = @"ARC單例的實現";
    NSLog(@"%@", [BVARCSingleton sharedInstance].tempProperty);

    return YES;
}

運行程序，會在控制檯窗口輸出以下內容：
1.2013-05-09 16:44:07.649 SingletonPattern[5159:c07] 非ARC單例的實現
2.2013-05-09 16:44:33.204 SingletonPattern[5159:c07] ARC單例的實現

alloc和allocwithzone

1、問題起源

一切起源於Apple官方文檔裏面關於單例(Singleton)的示範代碼:Creating a Singleton Instance.

主要的爭議集中在下面這一段：

 
        static 
        MyGizmoClass *sharedGizmoManager =  
        nil 
        ; 
       
        + (MyGizmoClass*)sharedManager 
       
        { 
       
        if 
        (sharedGizmoManager ==  
        nil 
        ) { 
       
        sharedGizmoManager = [[ 
        super 
        allocWithZone: 
        NULL 
        ] init]; 
       
        } 
       
        return 
        sharedGizmoManager; 
       
        } 
       
        + ( 
        id 
        )allocWithZone:( 
        NSZone 
        *)zone 
       
        { 
       
        return 
        [[ 
        self 
        sharedManager] retain]; 
       
        }

其中：

 
        sharedGizmoManager = [[ 
        super 
        allocWithZone: 
        NULL 
        ] init];

這段有另外一個版本，不使用 allocWithZone 而是直接 alloc，以下：

 
        sharedGizmoManager = [[ 
        super 
        alloc] init];

這就引起了一個討論，爲何要覆蓋allocWithZone方法，到底 alloc 和 allocWithZone 有啥區別呢？

PS：關於ObjC單例的實現，@Venj 的這篇博文有比較詳細的討論，包括了線程安全的考慮，有興趣的童鞋能夠圍觀一下。

2、allocWithZone

首先咱們知道，咱們須要保證單例類只有一個惟一的實例，而平時咱們在初始化一個對象的時候， [[Class alloc] init]，實際上是作了兩件事。 alloc 給對象分配內存空間，init是對對象的初始化，包括設置成員變量初值這些工做。而給對象分配空間，除了alloc方法以外，還有另外一個方法： allocWithZone.

在NSObject 這個類的官方文檔裏面，allocWithZone方法介紹說，該方法的參數是被忽略的，正確的作法是傳nil或者NULL參數給它。而這個方法之因此存在，是歷史遺留緣由。

Do not override allocWithZone: to include any initialization code. Instead, class-specific versions of init… methods.

This method exists for historical reasons; memory zones are no longer used by Objective-C.

文檔裏面提到，memory zone已經被棄用了，只是歷史緣由才保留這個接口。詳細是什麼歷史緣由我沒找到，不事後面介紹的內容會稍微涉及到。

而實踐證實，使用alloc方法初始化一個類的實例的時候，默認是調用了 allocWithZone 的方法。因而覆蓋allocWithZone方法的緣由已經很明顯了：爲了保持單例類實例的惟一性，須要覆蓋全部會生成新的實例的方法，若是有人初始化這個單例類的時候不走[[Class alloc] init] ，而是直接 allocWithZone，那麼這個單例就再也不是單例了，因此必須把這個方法也堵上。allocWithZone的答案到此算是解決了，可是，問題是無止境的。

這裏引出了另一個問題： What the hell is Memory Zone?

3、NSZone

Apple官方文檔裏面就簡單的幾句，吝嗇得很：

 
        NSZone 
       
        Used to identify and manage memory zones. 
       
        typedef 
        struct 
        _NSZone  
        NSZone 
        ; 
       
        Availability 
       
        Available in OS X v10.0 and later. 
       
        Declared In 
       
        NSZone 
        .h

CocaDev的wiki就寫得詳細的多了，原文地址在這裏：http://cocoadev.com/wiki/NSZone

大意上是說NSZone是Apple用來分配和釋放內存的一種方式，它不是一個對象，而是使用C結構存儲了關於對象的內存管理的信息。基本上開發者是不須要去理會這個東西的，cocoa Application使用一個系統默認的NSZone來對應用的對象進行管理。那麼在何時你會想要有一個本身控制的NSZone呢？當默認的NSZone裏面管理了大量的對象的時候。這種時候，大量對象的釋放可能會致使內存嚴重碎片化，cocoa自己有作過優化，每次alloc的時候會試圖去填滿內存的空隙，可是這樣作的話時間的開銷很大。因而乎，你能夠本身建立一個NSZone，這樣當你有大量的alloc請求的時候就所有轉移到指定的NSZone裏面去，減小了大量的時間開銷。並且，使用NSZone還能夠一口氣把你建立的zone裏面的東西都清除掉，省掉了大量的時間去一個個dealloc對象。

總的來講，當你須要建立大量的對象的時候，使用NSZone仍是能節省一些時間的，不過前提是你得知道怎麼去用它。這篇wiki裏面也寫了NSZone的用法，感興趣的童鞋能夠看看，不過另外一篇2002年的文章就說開發者已經不能建立一個真正的NSZone了（看來也許這就是歷史緣由了），只能建立main zone的一個child zone。文章在這裏：http://www.cocoabuilder.com/archive/cocoa/65056-what-an-nszone.html#65056 Timothy J.wood 的回答。

Timothy還講到若是可使用NSZone的話，多個對象在同一時間alloc能夠減小分頁使用，並且在同一個時間dealloc能夠減小內存碎片。想必後來Apple在這方面是作了處理了，對開發者透明，無需開發者本身去作。