Swift、Objective-C 单例模式 (Singleton)

本文的单例模式分为严格单例模式和不严格单例模式。单例模式要求一个类有一个实例，有公开接口可以访问这个实例。严格单例模式，要求一个类只有一个实例；不严格单例模式，可以创建多个实例。

有的类只能有一个实例，例如 UIApplication，通过 shared 属性访问唯一的实例，属于严格单例模式。有用户登录功能的 App 中，如果当前用户的数据模型与其他用户的数据模型不同，那么当前用户的类也应该用严格单例模式。在逻辑上，当前用户只有一个，只能有一个实例；这样可以在各个地方访问当前用户的数据。如果当前用户的数据模型与其他用户的数据模型相同，则应用不严格单例模式。可以给其他用户创建实例，同时也可以在各个地方访问当前用户的数据。

Swift 实现

严格单例模式

大多数 Objective-C 的类都继承自 NSObject，而 Swift 的类可以继承自 NSObject 或者不继承。

继承自 NSObject

class SingletonClass: NSObject {

    static let shared = SingletonClass()
    
    // Make sure the class has only one instance
    // Should not init or copy outside
    private override init() {}
    
    override func copy() -> Any {
        return self // SingletonClass.shared
    }
    
    override func mutableCopy() -> Any {
        return self // SingletonClass.shared
    }
    
    // Optional
    func reset() {
        // Reset all properties to default value
    }
}

静态属性 shared 持有唯一的实例，对外公开。

重载 init() 方法，使其对外不可见，不可以在外部调用，防止在外部创建实例。

重载 copy()、mutableCopy() 方法，返回 self，防止在外部复制实例。这里也可以返回 SingletonClass.shared，效果是一样的，因为只有一个实例。只有 shared 能调用 copy()、mutableCopy() 方法，那么 self 就是 shared。写 self，代码比较简洁。

单例一旦创建，一直持有，不能手动销毁，但可以重置数据。如果需要的话，可以添加一个重置数据的方法 reset()。例如，当前用户退出登录，需要把当前用户实例的所有属性重置为默认值，防止数据错误。

不继承自 NSObject

class SingletonClass2 {
    
    static let shared = SingletonClass2()
    
    // Make sure the class has only one instance
    // Should not init outside
    private init() {}
    
    // Optional
    func reset() {
        // Reset all properties to default value
    }
}

不继承自 NSObject 的类没有 copy()、mutableCopy() 方法，不需要重载。其他同上。

不严格单例模式

把重载的 init() 方法去掉，或者把 private 去掉，即可创建多个实例。如果继承自 NSObject，重载 copy()、mutableCopy() 方法：创建新实例，传递数据给新实例，返回新实例。其他与严格单例模式相同。

不严谨的重置数据方法

如果单例有很多属性，重置数据需要把每个属性都变成默认值，则 reset() 方法要写很多。有一种不严谨的重置数据方法：重新生成一个实例并赋值给持有实例的静态变量。

class SingletonClass3 {
    
    private static var _shared = SingletonClass3()
    
    static var shared: SingletonClass3 {
        return _shared
    }
    
    private init() {}
    
    // Not safe
    // We can obtain more than one instance outside with this function
    func reset() {
        SingletonClass3._shared = SingletonClass3()
    }
}

如果在外部访问单例都通过 shared 属性，这么写不会出错。然而，如果外部持有单例，就有可能出错。

let s = SingletonClass3.shared
s.reset()
print(s === SingletonClass3.shared) // false

以上会输出 false，s 在重置之后，和 SingletonClass3.shared 不是同一个对象。因此，这样的重置数据方法不严谨。还是要老老实实把每个属性赋为默认值。

Objective-C 实现

严格单例模式

.h 文件

@interface SingletonClassOC : NSObject

+ (nonnull instancetype)shared;

@end

.m 文件

@implementation SingletonClassOC

static id _shared;

+ (nonnull instancetype)shared {
    if (!_shared) {
        _shared = [[self alloc] init];
    }
    return _shared;
}

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

- (instancetype)init {
    static dispatch_once_t onceToken;
    dispatch_once(&onceToken, ^{
        _shared = [super init];
    });
    return _shared;
}

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

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

// Optional
- (void)reset {
    // Reset all properties to default value
}

@end

静态变量 _shared 持有唯一的实例，通过 shared 方法对外公开。在这方法中，如果发现 _shared 没有初始化，则进行初始化。方法返回值的 nonnull 表示返回值不为空，这样写方便 Swift 调用。不加 nonnull，shared 方法在 Swift 中的返回值是 optional 类型 (SingletonClassOC?)，不方便使用；加上 nonnull 则为 SingletonClassOC 类型。

重载 allocWithZone: 和 init 方法，由 dispath_once 保证父类方法只执行一次并给 _shared 赋值，返回 _shared。外部调用初始化方法总是获得 _shared 持有的唯一实例。

重载 copyWithZone: 和 mutableCopyWithZone: 方法，返回 self，防止在外部复制实例。由于只有一个实例 _shared，只能由 _shared 调用 copy、mutableCopy 方法，那么 self 就是 _shared。

如果需要，用 reset 方法重置数据。

不严格单例模式

.h 文件

@interface SingletonClassOC2 : NSObject

+ (nonnull instancetype)shared;

@end

.m 文件

@implementation SingletonClassOC2

+ (nonnull instancetype)shared {
    static id _shared;
    static dispatch_once_t onceToken;
    dispatch_once(&onceToken, ^{
        _shared = [[self alloc] init];
    });
    return _shared;
}

- (id)copyWithZone:(NSZone *)zone {
    SingletonClassOC2 *copiedObject = [[self.class allocWithZone:zone] init];
    // Copy data to copiedObject
    return copiedObject;
}

- (id)mutableCopyWithZone:(NSZone *)zone {
    SingletonClassOC2 *copiedObject = [[self.class allocWithZone:zone] init];
    // Copy data to copiedObject
    return copiedObject;
}

- (void)reset {
    // Reset all properties to default value
}

@end

通过 shared 方法返回给外部访问的实例。静态变量 _shared 不需要被多个方法使用，因此写在 shared 方法里即可。由 dispatch_once 保证 _shared 只初始化一次。

没重载 allocWithZone: 和 init 方法，外部可以创建新实例。init 方法可以根据需要重载，在这里进行初始化参数等，和非单例模式的类一样，调用父类方法，最后返回 self。

重载 copyWithZone: 和 mutableCopyWithZone: 方法，在里面创建新实例，传递数据给新实例，返回新实例。外部可以通过 copy 或 mutableCopy 方法复制实例。

SDWebImage 中就用到不严格单例模式

NSObject 的类方法 new 相当于 alloc 和 init 方法。

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