定义

单例模式是为了使得整个程序的单例类只有一个对象，整个程序共同使用一个该类型的对象。单例模式确保某一个类只有一个实例，这个类称为单例类。其定义如下：

单例模式其实很容易理解的，我只要一个对象，至始至终都是这一个对象。对于C++实现单例模式是比较简单的，把构造函数（包括拷贝构造函数）、析构函数的访问权限设置为private，然后提供获取单例对象的接口即可（一般不提供销毁对象的接口，防止不小心销毁了又创建）。Objective-C实现单例模式的思想大致也是相同的，但是Objective-C实现起来却比C++难的多。这主要是Objective-C的类不是单纯的类，每个类几乎都需要继承自NSObject，而NSObject很多人不是很了解，因此对于Objective-C由什么方式去创建对象、销毁对象、复制对象不是太清楚，因此未能保证单个创建对象，防止销毁对象的情况发生。Objective-C不像C++提供了构造函数，因此不能通过屏蔽构造函数来防止对象的创建，相反，Objective-C的创建对象的接口对外都是可用的，所以我们需要的不是屏蔽创建对象的方法，而是修改定制这些创建对象的方法，使得这些创建对象的方法返回的都是同一个对象。

单例模式的实现

如果你没有看过Objective-C中实现单例模式的例子，你大概会这样实现单例模式：

#import "WrongSingleton.h"

static WrongSingleton* sharedInstances = nil;

@implementation WrongSingleton
+ (id) shareInstances
{
    if(sharedInstances == nil)
    {
        sharedInstances = [[WrongSingleton alloc] init];
    }
    return sharedInstances;
}

- (id) init
{
    if (self == nil)
    {
        self = [super init];
        
        // 其他的初始化
    }
    return self;
}
@end

/**
 *  单例模式不支持copy和mutableCopy方法
 */

/**
 *  错误的单例模式测试用例
 */
WrongSingleton* w1 = [WrongSingleton shareInstances];
WrongSingleton* w2 = [[WrongSingleton alloc] init];
NSLog(@"1-%@  2-%@", w1, w2);
/**
 *  输出结果是
 *  1-<WrongSingleton: 0x100111130>  2-<WrongSingleton: 0x1001111c0>
 *  两个不同的对象，所以WrongSingleton的不符合单例模式的
 */

Objective-C关于对象修改的主要接口方法列表如下所示：

/** 
 *  @author Arbboter, 15-01-15 22:01:57 
 *  创建一个当前类的实例变量所需的内存 
 *  @param zone 已经忽略 
 *  @return 分配的对象 
 */  
+ (instancetype)allocWithZone:(struct _NSZone *)zone;  
  
/** 
 *  @author Arbboter, 15-01-15 23:01:06 
 *  由于历史问题，该方法会调用allocWithZone方法创建对象内存 
 *  @return 分配了内存的对象 
 */  
+ (instancetype)alloc;  
  
/** 
 *  初始化对象的isa为描述类的数据结构，其他的实例变量为0 
 */  
- (instancetype)init;  
  
/** 
 *  @author Arbboter, 15-01-15 23:01:57 
 *  相当于 [[类名 alloc] init] 
 *  @return 初始化好的对象 
 */  
+ (instancetype)new;  
  
/** 
 *  @author Arbboter, 15-01-15 23:01:49 
 *  由NSCopying协议定义的copyWithZone:方法返回的对象 
 *  @return copy出的对象 
 */  
- (id)copy;  
  
/** 
 *  @author Arbboter, 15-01-15 23:01:49 
 *  由NSMutableCopying协议定义的mutableCopyWithZone:方法返回的对象 
 *  @return copy出的对象 
 */  
- (id)mutableCopy;  
  
/** copy协议 */  
+ (id)copyWithZone:(struct _NSZone *)zone OBJC_ARC_UNAVAILABLE;  
+ (id)mutableCopyWithZone:(struct _NSZone *)zone OBJC_ARC_UNAVAILABLE;  
  
/** 释放销毁对象 */  
- (void)dealloc;  

ARC的单例模式设计

ARC的单例模式相对简单些。其单例类的实现代码示例如下所示：

#import "ARCSingleton.h"

static ARCSingleton* sharedInstances = nil;

@implementation ARCSingleton
+ (id) shareInstances
{
    static dispatch_once_t onceToken;
    dispatch_once(&onceToken, ^{
        sharedInstances = [[super allocWithZone:nil] init];
        // 其他代码
    });
    return sharedInstances;
}

// allocWithZone是创建对象分配内存的源头，alloc也会调用该方法
+ (id)allocWithZone:(struct _NSZone *)zone
{
    return [[self class] shareInstances];
}
@end

/**
 *  ARC版本的单例模式测试
 */

ARCSingleton* a2 = [[ARCSingleton alloc] init];
ARCSingleton* a1 = [ARCSingleton shareInstances];
NSLog(@"1-%@  2-%@", a1, a2);
/**
 *  输出结果是
 *  1-<ARCSingleton: 0x100111c30>  2-<ARCSingleton: 0x100111c30>
 *  地址相同，是相同的对象
 */

非ARC模式的单例模式设计

非ARC模式的，APPLE有个例子，其实现相对而言复杂一点，需要考虑的因素比较多，下面的代码主要根据APPLE官方提供的代码修改出来的，知识增加了多线程安全部分的控制，其大致形式如下所示：

#import "Singleton.h"

static Singleton* sharedInstances = nil;

// 非ARC版本的单例模式
@implementation Singleton
+ (id) shareInstances
{
    // 线程同步，Apple官方的例子没有加synchronized
    @synchronized(self)
    {
        if(sharedInstances == nil)
        {
            sharedInstances = [[super allocWithZone:nil] init];
        }
    }
    return sharedInstances;
}

// allocWithZone是创建对象分配内存的源头，alloc也会调用该方法
+ (id)allocWithZone:(NSZone *)zone
{
    return [[self shareInstances] retain];
}

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

- (NSUInteger)retainCount
{
    //denotes an object that cannot be released
    return NSUIntegerMax;
}

- (oneway void)release
{
    // never release
}

- (id)autorelease
{
    return self;
}

- (id)init
{
    /**
     *  在同一个类里面调用[super init]返回的对象都是相同的
     */
    if (self = [super init])
    {
        
    }
    return self;
}
- (void)dealloc
{
    [super dealloc];
}

@end

/**
 *  非ARC版本的单例模式测试
 */
Singleton* s2 = [[Singleton alloc] init];
Singleton* s1 = [Singleton shareInstances];

NSLog(@"1-%@  2-%@", s1, s2);
/**
 *  输出结果是
 *  1-<Singleton: 0x100106f60>  2-<Singleton: 0x100106f60>
 *  各个对象的地址都是相同的
 */

总结

单例模式是为了整个程序共享使用同一个对象，因此该单例类不提供copy之类的方法。

参考

• APPLE官方的单例模式
• Objective-C对象模型分析
• 破船之家的单例模式实现

单例模式(Singletond)