使用设计模式中的Singleton单例模式来开发iOS应用程序
作者：晓风沐晨
单例设计模式确切的说就是一个类只有一个实例，有一个全局的接口来访问这个实例。当第一次载入的时候，它通常使用延时加载的方法创建单一实例。
提示：苹果大量的使用了这种方法。例子：[NSUserDefaults standerUserDefaults], [UIApplication sharedApplication], [UIScreen mainScreen], [NSFileManager defaultManager] 都返回一个单一对象。
你可能想知道你为什么要关心一个类有多个的实例。代码和内存都很便宜，不是吗？
在一些情况下，一个类只有一个实例是有意义的。例如，这里没有必要有多个登录实例，除非你一次想写入多个日志文件。或者，一个全局的配置类文件：它可以很容易的很安全的执行一个公共资源，这样的一个配置文件，要比同时修改多个配置类文件好很多。
如何使用单例模式
请看下面的图片
上面的图片显示的是一个登录类，它有一个属性（这个单一实例），有两个方法：sharedInstance 和 init。
首先一个客户端(client)发送 sharedInstance 信息，但是属性 instance 还没有初始化，所以你要先给这个类创建一个实例。
然后你调用 sharedInstance，instance 会马上返回初始化的值。这个逻辑最终只会返回一个实例。
你需要执行这个模式来创建单例类来管理所有的专辑数据。
你需要注意在项目里有一个叫 API 文件夹，给你的 APP 提供服务的所有类都需要放在这里。在这个文件夹里用 iOS\Cocoa Touch\Object-C class 创建一个新类。类的名字叫 LibraryAPI，子类选择 NSObject。
打开 LibraryAPI.h 文件用下面的代码替换里面的内容：
@interface LibraryAPI: NSObject
+ (LibraryAPI*)sharedInstance;
@end
现在打开 LibraryAPI.m 文件，在 @implentation 后面添加如下方法：
+ (LibraryAPI*)sharedInstance
{
// 1
static LibraryAPI *_sharedInstance = nil;
// 2
static dispatch_once_t oncePredicate;
// 3
dispatch_once(&nocePredicate, ^{
_sharedInstance = [[LibraryAPI alloc] init];
});
return _sharedInstance;
}
在这个短方法中做了这些事情：
在这个类中，声明一个静态变量来保存这个实例，保证它是一个全局可用的变量。
声明一个静态这是 dispatch_one_t，确保这些初始化代码只能被执行一次。
使用 Grand Central Dispatch（GCD）执行一个 block 来初始化 LibraryAPI 实例。这是单例设计模式的关键所在：一个类只能被实例化一次。
接下来执行 sharedInstance，在 dispatch_once block 里的代码是不会被执行的（当它已经被执行过一次后），它会返回之前创建的 LibraryAPI 实例。
提示：想了解更多关于 GCD 和使用它，请点击这里的教程 Multithreading and Grand Central Dispatch，如何使用 Blocks 在这里。
你现在有一个单例对象来管理专辑了。下一步就是创建一个类用来保存你的专辑数据了。
用 iOS\Cocoa Touch\Object-C class 在 API 文件夹下创建一个新的类，名字叫 PersistencyManager，子类选择 NSObject。
打开 PersistencyManager.h，在顶部引入面文件：
#import "Album.h"
然后在 @interface 后面加入下面代码：
- (NSArray *)getAlbums;
- (void)addAlbums:(Album*)album atIndex:(int)index;
- (void)deleteAlbumAtIndex:(int)index;
上面的三个方法都需要跟专辑的数据相结合。
打开 PersistencyManager.m，在 @implementation 上面添加如下代码：
@interface PersistencyManager () {
NSMutableArray *albums;
}
上面的代码是给类添加了一个扩展，这是另一种给类添加私有方法和私有属性的方法，类外面的成员是看不到这些的。这里，你声明了一个 NSMutableArray 来保存专辑的数据。这是一个可变数组，你可以很容易的添加和删除专辑。
现在在 @implementation 下面添加实现代码：
- (id)init {
self = [super init];
if (self) {
albums = [NSMutableArray arrayWithArray:@[[[Album alloc] initWithTitle:@"Best of Bowie" artist:@"David Bowie" coverUrl:@"http://www.coversproject.com/static/thumbs/album/album_david%20bowie_best%20of%20bowie.png" year:@"1992"],
[[Album alloc] initWithTitle:@"It's My Life" artist:@"No Doubt" coverUrl:@"http://www.coversproject.com/static/thumbs/album/album_no%20doubt_its%20my%20life%20%20bathwater.png" year:@"2003"],
[[Album alloc] initWithTitle:@"Nothing Like The Sun" artist:@"Sting" coverUrl:@"http://www.coversproject.com/static/thumbs/album/album_sting_nothing%20like%20the%20sun.png" year:@"1999"],
[[Album alloc] initWithTitle:@"Staring at the Sun" artist:@"U2" coverUrl:@"http://www.coversproject.com/static/thumbs/album/album_u2_staring%20at%20the%20sun.png" year:@"2000"],
[[Album alloc] initWithTitle:@"American Pie" artist:@"Madonna" coverUrl:@"http://www.coversproject.com/static/thumbs/album/album_madonna_american%20pie.png" year:@"2000"]]];
}
return self;
}
在 init 里你在数组中加入了 5 张专辑。如果上面的专辑你不喜欢，你可以随意替换成你喜欢的。:]
现存在 PersistencyManager.m 添加下面三个方法：
- (NSArray*)getAlbums
{
return albums;
}
- (void)addAlbum:(Album*)album atIndex:(int)index
{
if (albums.count >= index)
[albums insertObject:album atIndex:index];
else
[albums addObject:album];
}
- (void)deleteAlbumAtIndex:(int)index
{
[albums removeObjectAtIndex:index];
}
这些方法是获取，添加，删除专辑。
Build 你的项目，确保所有的代码都能正确编译。
单例模式的使用场合
类只能有一个实例，并且必须从一个为人数值的访问点对其访问。
这个唯一的实例只能通过子类化进行拓展，并且拓展的对象不会破坏客户端代码。
在Objective-C中方法都是公有的，而且OC的语言本身是动态类型的，因此所有类都可以相互发送对方的消息。，并且Cocoa框架使用计数的内存管理方式来维护对象的内存中的生存期。
下面让我们看一下OC当中的单例模式的写法，首先单例模式在ARC\MRC环境下的写法有所不同，需要编写2套不同的代码
可以用宏判断是否为ARC环境#if _has_feature(objc_arc)
#else
//MRC
#endif
单例模式- ARC -方法一
ARC中单例模式的实现
在 .m中保留一个全局的static的实例
static id _instance;
//重写allocWithZone:方法，在这里创建唯一的实例(注意线程安全)
+ (instancetype)allocWithZone:(struct _NSZone *)zone
{
@synchronized(self) {
if (_instance == nil) {
_instance = [super allocWithZone:zone];
}
}
return _instance;
}
提供1个类方法让外界访问唯一的实例
+ (instancetype)sharedInstanceTool{
@synchronized(self){
if(_instance == nil){
_instance = [[self alloc] init];
}
}
return _instance;
}
实现copyWithZone:方法
-(id)copyWithZone:(struct _NSZone *)zone{
return _instance;
}
我们在sharedInstanceTool，首先检查类的唯一实例是否已经创建，如果就会创建实例并将其返回。而之所以调用super而不是self，是因为已经在self中重载了基本的对象分配的方法，需要借用父类的功能来帮助处理底层内存的分配。
在allocWithZone:(struct _NSZone*)zone方法中，只是返回从sharedInstanceTool方法返回的类实例。而同样的在Cocoa框架中调用allocWithZone:(struct _NSZone*)zone会分配内存，引用计数会设置为1，然后返回实例。同样的重写(id)copyWithZone:(struct _NSZone *)zone方法，也是为了保证不会返回实例的副本，而是返回self.返回同一个实例。
方法二：
+(instancetype)sharedInstance {
static WMSingleton *singleton = nil;
if (! singleton) {
singleton = [[self alloc] initPrivate];
}
return singleton;
}
- (instancetype)init {
@throw [NSException exceptionWithName:@"这个是个单例"
reason:@"应该这样调用 [WMSingleton sharedInstance]"
userInfo:nil];
return nil;
}
//实现自己真正的私有初始化方法
- (instancetype)initPrivate {
self = [super init];
return self;
}
上面这段代码中将singleton指针声明为静态变量。当某个定义了静态变量的方法返回时，程序不会释放相应的变量。####singleton变量的初始值是nil,当程序第一次执行sharedInstance方法时会创建一个对象，并将新创建的对象的地址赋值给singleton变量。当徐成再次执行sharedInstance方法时，无论多少次singleton变量仍然会指向最初那个创建的对象。因为指向对象的singleton变量是强引用的，并且程序永远不会释放该变量，所以singleton变量指向的对象也不会释放。
线程安全。
上面的实例中我们通过@synchronized来添加了一个互斥锁，以此来保证线程安全。而现在我们开始尝试用线程的方式来实现一个加单的单例。
static WMObject *_instance;
+ (instancetype)allocWithZone:(struct _NSZone *)zone
{
static dispatch_once_t onceToken;
dispatch_once(&onceToken, ^{
_instance = [super allocWithZone:zone];
});
return _instance;
}
+ (instancetype)sharedInstance
{
static dispatch_once_t onceToken;
dispatch_once(&onceToken, ^{
_instance = [[self alloc] init];
});
return _instance;
}
- (id)copyWithZone:(NSZone *)zone
{
return _instance;
}
从上面的代码我们可以看到，实现的思路基本上也是一致的我们在sharedInstanceTool，首先检查类的唯一实例是否已经创建，如果就会创建实例并将其返回。而略有不同的地方就是我们这次通过dispatch_once_t来保证线程的安全性。至于dispatch_once_t的用法这里就一一赘述了，线程的相关教程都会有其相关的描述。
到了这里一个简单的单例模式基本实现完成了，那么我们可以尝试着把它封装到一个宏里，然后方便其以后的调用
创建一个WMSingleton.h
// .h文件
#define WMSingletonH(name) + (instancetype)shared##name;
// .m文件
#define WMSingletonM(name) \
static id _instance; \
\
+ (instancetype)allocWithZone:(struct _NSZone *)zone \
{ \
static dispatch_once_t onceToken; \
dispatch_once(&onceToken, ^{ \
_instance = [super allocWithZone:zone]; \
}); \
return _instance; \
} \
\
+ (instancetype)shared##name \
{ \
static dispatch_once_t onceToken; \
dispatch_once(&onceToken, ^{ \
_instance = [[self alloc] init]; \
}); \
return _instance; \
} \
\
- (id)copyWithZone:(NSZone *)zone \
{ \
return _instance; \
}
使用方法
//.h类
//引入这个宏文件
#import "WMSingleton.h"
@interface WMObject : NSObject
WMSingletonH(object)
@end
//.m类
@implementation WMObject
WMSingletonM(Car)
@end