iOS单例模式

1 单例模式

它是一种设计模式（常见的设计模式有：观察者模式、工厂模式、门面模式等）。单例设计模式中，一个类只有一个实例，只分配一次内存空间，节约内存等，特别适合在移动端使用。

实现单例的思路：

1 只能分配一次内存----要拦截 alloc 方法
2 alloc 方法的底层是 allocWithZone 方法
3 每个类只有一个对象，需要有一个全局变量来存储这个对象
4 需要考虑线程安全

1.1 单例基本形式(ARC)--懒汉模式

1.1.1 .h文件

@interface MusicTool : NSObject
//给外界快速生成单例对象使用
+(instancetype)sharedMusicTool;
@end

1.1.2 .m文件

@implementation MusicTool

//①定义全局静态变量,用来存储创建好的单例对象，当外界需要时，返回
static id _instance;

//②实现头文件中的方法
+(instancetype)sharedMusicTool
{
    //避免每次线程过来都加锁，首先判断一次，如果为空才会继续加锁并创建对象
    if(_instance == nil)
    {
        //避免出现多个线程同时创建_instance,加锁
        @synchronized(self)
        {   
            //使用懒加载，确保_instance 只创建一次
            if(_instance == nil)
            {   
                _instance = [[self alloc]init];
            }
        }
    }
    return _instance;
}

//③重写 allocWithZone:方法---内存与 sharedMusicTool方法体基本相同
+(instancetype)allocWithZone:(struct NSZone *)zone
{
    //避免每次线程过来都加锁，首先判断一次，如果为空才会继续加锁并创建对象
    if(_instance == nil)
    {
        //避免出现多个线程同时创建_instance,加锁
        @synchronized(self)
        {   
            //使用懒加载，确保_instance 只创建一次
            if(_instance == nil)
            {   
                //调用父类方法，分配空间
                _instance = [super allocWithZone:zone];
            }
        }
    }
    return _instance;
}

//④重写 copyWithZone:方法,避免实例对象的 copy 操作导致创建新的对象
-(instancetype)copyWithZone:(NSZone *)zone
{
    //由于是对象方法，说明可能存在_instance对象，直接返回即可
    return _instance;
}

@end

1.1.3 代码解释

（1）为什么全局变量要使用 static？

① static修饰局部变量

• 其生命周期与全局变量相同，直到程序结束，只有一份内存空间
• 作用域不变
  ② static修饰全局变量
• 只有一份内存空间
• 全局变量，在其他文件中，可以通过 extern id _instance来声明，然后直接在其他文件中调用。用 static 修饰后 在其他文件不能通过 extern id _instance 声明后 引用

（2）加锁且懒加载的原理

懒加载是为了，确保整个类只有一个_instance，做到单例
加锁：多线程中，可能多个线程都发现当前的_instance==nil,那么就会同时创建对象，不符合单例的原则，所以加锁。但是加锁容易引起效率降低，不能每次线程过来就加锁，所以在加锁之前首先判断一次是否为空，不为空根本不需要创建，直接返回。为空则说明可能需要创建对象，那么再加锁。

1.2 GCD简化单例（ARC）

在allocWithZone方法和 sharedSoundTool中，每次需要判断是否为空，然后加锁，其目的是为了保证 [[self alloc]init]和[super allocWithZone:zone]代码只执行一次，那么可以使用 GCD 的一次性代码解决，另外，GCD 一次性代码是线程安全的，所以不需要我们自己来处理加锁问题。

//修改 sharedSoundTool 方法
+(instancetype)sharedSoundTool
{
    dispatch_once_t onceToken = NULL;
    dispatch_once(&onceToken)
    {
        _instance = [[self alloc]init];
    }
    return _instance;
}

//修改 allocWithZone 方法
+(instancetype)allocWithZone:(struct NSZone *)zone
{
    dispatch_once_t onceToken = NULL;
    dispatch_once(&onceToken)
    {
        _instance = [super allocWithZone:zone];
    }
    return _instance;
}

1.3 GCD 简化单例（MRC）

在 MRC 环境中，我们需要考虑如果创建出来的单例对象，被手动 release 了怎么办？所以我们在设计单例模式的时候，需要考虑这种情况。如下：

• retain，单例对象创建后，全局只有一个对象，所以一定要保证 retain 后仍然是自身，且引用计数不变

• release，由于只有一个对象，被 release 后不能被释放掉，所以 release 操作需要拦截

• autorelease,与 release 一样

• retainCount，始终保证引用计数器为1
  所以在 MRC 环境中，设计单例模式时，还需要重写下面四个方法

  //重写 retain 方法，不作计数器加1的操作
  -(instancetype)retain
  {
  return _instance;
  }

  //重写 release 方法，不做任何操作
  -(void)release
  {

  }

  //重写 autorelease 方法，返回自身
  -(instancetype)autorelease
  {
  return _instance;
  }

  //重写 retainCount 方法，返回1
  -(NSUInteger)retainCount
  {
  return 1;
  }

1.4 饿汉模式的单例（不常用）

单例通常被分为两种模式：懒汉模式和饿汉模式。

懒汉模式

当使用这个单例对象的时候，才创建对象，就是_instance 的懒加载形式。由于移动设备内存有限，所以这种方式最适合。

饿汉模式

当类第一次加载的时候，就创建单例对象，并保存在_instance 中。由于第一次加载就创建，内存从程序开始运行的时候就分配了，不适合移动设备。

load和initilized 方法

load方法

①当程序刚开始运行的时候，所有的类都会加载到内存中（不管这个类有没有使用），此时就会调用 load 方法            
②如果某种操作想要在程序运行的过程中只执行一次，那么这个操作就可以放到 load 方法中
③基于第二点，我们的饿汉模式的单例对象创建就放在 load 方法中

initialized方法

①当类第一次被使用的时候调用（比如，调用类的方法）。
②如果子类没有重写该方法，那么父类的initialized方法可能会被执行多次。所以饿汉模式不能使用这个方法

.h文件

@interface SoundTool():NSObejct
//提供外界访问的方法
+(instancetype)sharedSoundTool;
@end

.m文件

@implementation SoundTool
//①定义静态全局变量
static id _instance;
//②实现方法
+(instancetype)sharedSoundTool
{
    return _instance;
}
//③重写load方法
+(void)load
{
    //不需要线程安全，类加载的时候线程还没开始呢
    _instance = [[self alloc]init];
}
//④重写allocWithZone方法
+(instancetype)allocWithZone:(struct _NSZone *)zone
{
    if(_instance == nil)
    {
        _instance = [super allocWithZone:zone];
    }
    return _instance;
}

@end

1.5 ARC和MRC的适配

上面的单例的设计，分为ARC和MRC环境。MRC较ARC多了关于retain、release相关的代码。为了能够用同一份代码适配不同的环境，我们可以是用条件编译指令。

#if __has_feature(objc_arc)
//ARC编译环境

#else
//MRC编译环境

-(instancetype)retain{return _instance;}
-(void)release{}
-(instancetype)autorelease{return _instance;}
-(NSUIngeter)retainCount{return 1;}

#endif

1.6 宏实现单例

由于单例的h文件和m文件一成不变，所以可以抽成宏定义。抽成宏定义需要注意
1 宏定义后面如果要替换字符，需要用##拼接

#define SoundToolH(name) +(instancetype)shared##name;
//调用宏定义SoundToolH(MusicTool)时，就相当于
+(instancetype)sharedMusicTool;

2 宏定义后边如果出现换行，需要用符号“ \ ” 来标记下一行也是宏定义的部分，但最后一行末尾不需要

#define SoundToolM(name) \
static id _instance;\
 +(instancetype)shared##name\
 {\
    dispatch_once_t onceToken = NULL;\
    dispatch_once(&onceToken)\
    {\
        _instance = [self alloc]init];\
    }\
 }