OC-单例模式

单例模式

定义

单例模式，简单的说就是一个类始终只对应同一个对象，每次获取这个类的对象获得的都是同一个实例

如果一个类始终只能创建一个实例，那么这个类被称为单例类。单例类只有一个全局的接口来访问这个实例。当第一次载入的时候，他通常使用延迟加载的方创建唯一单例。在程序中一个单例只初始化一次，为了保证在使用中始终存在，单例类的存储是在存储器的全局区域，在编译时分配内存，只要程序在运行单例就始终存在，占用内存。在APP结束运行后释放这部分内存。但是在系统方法中，存在未知的自动释放池，如果对一个对象进行自动释放的话，可能进入未知的释放池，出现内存问题。即为单例模式不能自动释放的原因

特点

1. 单例类是一个类，这个类创造出的对象是单例对象
2. 单例对象使用类方法创建
3. 单例一旦被创建出来，直到程序结束运行才会释放
4. 单例不用我们来管理内存，内存会随着程序关闭而被释放

使用原因

节省内存，防止一个实例被重复创建从而占用内存空间。

缺点

• 全局状态：可能导致全局状态的存在，使得程序难以调试，一个地方修改容易导致很多地方发生变化
• 难以拓展：单例模式的实例是固定的，难以拓展以支持多个实例，必须修改代码，使单例类丢失单例的特性
• 隐藏依赖关系：可能会隐藏单例类的依赖关系，代码更加耦合。

模式介绍

懒汉模式

是一种常见的单例设计模式，其主要特点是在需要时在创建单例对象的实现，通过延迟对象的初始化来节省资源和提高性能。适用于访问量较小的情况，使用时间来换取空间

同步锁实现

#import "Person.h"

@implementation Person
static id instance = nil;
+ (instancetype)sharedInstance {
    @synchronized (self) {
        if (!instance) {
            instance = [[super allocWithZone:NULL] init];
        }
    }
    return instance;
}
@end

这一段代码提供了一个全局访问点sharedInstace类方法提供给外部访问这个单例，在方法内部通过添加了一个同步锁，限制了同一时间只有一个线程访问临界区的代码。但是这里如果instance已经存在是没有必要进入锁的，所以可以再加个判断如下：

#import "Person.h"

@implementation Person
static id instance = nil;
+ (instancetype)sharedInstance {
    if (!instance) {
        @synchronized (self) {
            if (!instance) {
                instance = [[super allocWithZone:NULL] init];
            }
        }
    }
    return instance;
}

+ (instancetype)allocWithZone:(struct _NSZone *)zone {
    if (!instance) {
        @synchronized (self) {
            if (!instance) {
                instance = [super allocWithZone:zone];
            }
        }
    }
    return instance;
}

- (id)copyWithZone:(NSZone *)zone {
    return self;
}

- (id)mutableCopyWithZone:(NSZone *)zone {
    return self;
}
@end

对于allocWithZone的参数，传什么其实都无所谓，分配的内存区域不会改变
内层if的作用：假设有两个线程A和B同时调用了sharedInstance，线程A先一步获取锁，进入代码块，此时线程B等待锁释放，当线程A初始化instance后释放锁，B获得锁，如果没有内层if判断，会再次创建实例，破坏了单例的唯一性

dispatch_once

通过一个静态的dispatch_once变量来跟踪代码的执行状态，第一次调用时原子操作发现标记状态为未执行代码块，并原子性的将标记设为已执行，后续监测到标记为已执行，就会跳过该代码块。非常高效、没有阻塞开销

#import "Person.h"

@implementation Person
static id instance = nil;
+ (instancetype)sharedInstance {
    static dispatch_once_t onceToken;
    dispatch_once(&onceToken, ^{
        instance = [[super allocWithZone:NULL] init];
    });
    return instance;
}

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

- (id)copyWithZone:(NSZone *)zone {
    return self;
}

- (id)mutableCopyWithZone:(NSZone *)zone {
    return self;
}
@end

我们打印出不同情况下的对象地址如下：

饿汉模式

在类加载过程就完成这个单例的创建和初始化

实现

#import "Person.h"

@implementation Person
static id instance = nil;

+ (void)load {
    instance = [[super allocWithZone:NULL] init];
}

+ (instancetype)sharedInstance {
    return instance;
}

+ (instancetype)allocWithZone:(struct _NSZone *)zone {
    return instance;
}

- (instancetype)init {
    static dispatch_once_t onceToken;
    dispatch_once(&onceToken, ^{
        NSLog(@"init一次");
    });
    return self;
}

- (id)copyWithZone:(NSZone *)zone {
    return self;
}

- (id)mutableCopyWithZone:(NSZone *)zone {
    return self;
}

@end

总结

懒汉模式

优点

1. 延迟加载，节省资源，提高性能。
2. 避免在程序启动时就创造不必要的对象，造成额外开销
3. 可以通过加锁实现线程安全

缺点

1. 为实现线程安全使用锁机制，可能会引起一些性能开销

饿汉模式

优点

1. 实现简单，不需要考虑线程安全问题，实例在类加载时就已经创建了，所以不用考虑创建多个实例的风险

缺点

1. 程序启动时就加载创建实例，可能会浪费资源，引起性能问题
2. 如果单例对象的创建需要建立在某些外部前提下，那么不适合饿汉模式