IOS设计模式浅析之单例模式(Singleton)

说在前面

　　进入正式的设计模式交流之前，扯点闲话。我们在项目开发的过程中，经常会不经意的使用一些常见的设计模式，如单例模式、工厂方法模式、观察者模式等，以前做.NET开发的时候，认真拜读了一下程杰老师的《大话设计模式》，程老师用诙谐的语言，贴近生活的示例，让我对设计模式有了一个大致的了解。转型做IOS开发后，一直想阅读一下针对IOS设计模式方面的书籍，也买了一本《Objective-C编程之道:iOS设计设计模式解析》进行学习，本系列设计模式的文章，有些内容来自这两本书籍，也有些内容来自于网络和个人学习过程的整理，算是本人对设计模式学习的笔记，大家对文章中不足的地方，欢迎提出改进的建议。

定义

　　保证一个类仅有一个实例，并提供一个该实例的全局访问点。

　　定义包含三层含义：一是某个类只能有一个实例；二是它必须自行创建这个实例；三是它必须向整个系统提供这个实例。

结构图

　　从结构图可以看到，单例模式（Singleton）是比较独立的一个设计模式，它的主要特点是控制某个类的实例唯一性，通过上图我们知道它包含的类只有一个，就是Singleton。该模式中包含一个静态私有成员变量mySingleton与类方法sharedInstance()。sharedInstance ()方法负责实例化自己，然后存储在静态成员mySingleton变量中，以确保只有一个实例被创建。

单例模式的实现

　　在Objective-C中实现单例模式，需要完成如下四个步骤：

• 第一步：定义一个静态实例变量mySingleton(名字可以自己取)，初始化为nil，代码如下所示：

1 static MySingleton *mySingleton = nil;      

• 第二步：实现一个类方法检查上面声明的静态实例是否为nil，如果是则新建并返回一个本类的实例，代码如下所示：

1 + (id)sharedInstance
 2 {
 3     static dispatch_once_t onceToken;
 4     dispatch_once(&onceToken, ^{
 5         if(mySingleton == nil)
 6         {
 7             mySingleton = [[self alloc] init];
 8         }
 9     });
10     return mySingleton;
11 }      

　　【说明】：dispatch_once函数是GCD中的API，它保证应用程序即使在多线程环境下，也只执行一次。当然，也可以使用@synchronize来达到线程安全的目的，代码如下所示：

1 + (id)sharedInstance
 2 {
 3     @synchronized (self)
 4     {
 5         if (mySingleton == nil)
 6         {
 7             mySingleton = [[self alloc] init];
 8         }
 9     }
10     return mySingleton;
11 }      

• 第三步：重写allocWithZone方法，用来保证使用alloc和init试图获得一个新实例的时候不产生新实例，代码如下所示：

1 + (id)allocWithZone:(NSZone *)zone
 2 {
 3     static dispatch_once_t onceToken;
 4     dispatch_once(&onceToken, ^{
 5         if (mySingleton == nil)
 6         {
 7             mySingleton = [super allocWithZone:zone];
 8             NSLog(@"allocWithZone");
 9         }
10     });
11     return mySingleton; 
12 }      

• 第四步：适当实现copyWithZone，release和autorelease等方法。代码如下所示：

1 // 如果有其他初始化操作，可在这里进行初始化
 2 - (id)init
 3 {
 4     self = [super init];
 5     if (self != nil)
 6     {
 7         // 其他初始化操作
 8     }
 9     return self;
10 }
11 
12 // 防止外界拷贝造成多个实例，保证实例的唯一性。
13 - (id)copyWithZone:(NSZone *)zone
14 {
15     return self;
16 }
17 
18 // 因为只有一个实例对象，所以retain不能增加引用计数。
19 - (id)retain
20 {
21     return self;
22 }
23 
24 // 因为只有一个实例对象，设置默认引用计数。这里是取的NSUinteger的最大值，当然也可以设置成1或其他值。
25 - (NSUInteger)retainCount
26 {
27     return UINT_MAX;  // denotes an object that cannot be released
28 }
29 
30 // oneway是用于多线程编程中，表示单向执行，不能“回滚”，即原子操作。该方法是空的,不让用户release掉这个对象。
31 - (oneway void)release
32 {
33     //do nothing
34 }
35 
36 //除了返回单例外，什么也不做。
37 - (id)autorelease
38 {
39     return self;
40 }
41 
42 // 该方法永远不会被调用,因为在程序的生命周期内容，该单例一直都存在。（所以该方法可以不实现）
43 - (void)dealloc
44 {
45     [super dealloc];
46 }      

　　【说明】：对于步骤二和步骤三，也可以按如下方式实现：

1 + (id)sharedInstance
 2 {
 3     @synchronized(self)
 4     {
 5         if(mySingleton == nil)
 6         {
 7             mySingleton = [[super allocWithZone:NULL] init];
 8             NSLog(@"allocWithZone");
 9         }
10     }
11     return mySingleton;
12 }
13 
14 // 通过返回当前的sharedInstance实例，就能防止实例化一个新的对象。
15 + (id)allocWithZone:(NSZone *)zone
16 {
17     return [[self sharedInstance] retain];
18 }      

单例模式在IOS中的应用

　　单例模式在IOS中的应用非常广泛，如[NSNotificationCenter defaultCenter]、[UIApplication sharedApplication]、[NSFileManager defaultManager]等。

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