一、不安全的单例实现

在上一篇文章我们给出了单例的设计模式,直接给出了线程安全的实现方法。单例的实现有多种方法,如下面:

  1. class SwiftSingleton {
  2. class var shared: SwiftSingleton {
  3. if !Inner.instance {
  4. Inner.instance = SwiftSingleton()
  5. }
  6. return Inner.instance!
  7. }
  8. struct Inner {
  9. static var instance: SwiftSingleton?
  10. }
  11. }

这段代码的实现,在shared中进行条件判断,如果Inner.instance.为空就生成一个实例,这段代码很简单看出当线程同时访问SwiftSingleton.shared方法时,会有如下问题出现,线程A判断Inner.instance为空,进入if语句后立即切换到线程B执行,线程B也进行判断,由于线程A只是进入了if语句,这行代码

  1. Inner.instance = SwiftSingleton()

并没有执行,这时Inner.instance还是为空,纯种B也进行了if语句,这种情况下就会创建多个实例,没有保证实例的唯一性。上面的理论分析基本上任何一篇文章都会讲的,也不能理解,关键问题,如何测试上面的理论是否正确呢?

二、线程抢占原理

其实要实现上面的例子不是很难,创建N个线程,让他同时访问SwiftSingleton.shared的方法,然后将所返回值保存最后比较引用。原理很正确,但是创建线程的过程也是极为耗时的,现在的电脑执行速度又非常快,模拟具有不稳定性。如何才能最大的程序测试上面的安全性呢?这里我们可以考虑一个现实的问题,假设找1000人通过一段100米的赛道,我们想要更多的人同时去冲刺终点,越多越好。如果你找一个人,告诉他去跑100米,然后再找一下,这种肯定同时到达终点的几率很底。怎么办才能让更多的人在同一时刻到达终点呢?问题很简单,让这1000人有一个同一起跑点,让他们都准备好了,随着一声令下,一起奔跑。回到技术问题,我们想要更多的线程访问SwiftSingleton.shared方法,只要先准备好所有的线程,然后发一个信号,让他们同时去访问这个方法就可以了。

实现代码如下:

  1. class SwiftSingletonTest: XCTestCase {
  2. let condition = NSCondition()
  3. let mainCondition = NSCondition()
  4. let singleton: NSMutableArray = NSMutableArray()
  5. let threadNumbers = 1000
  6. var count = 0
  7. func testSingletonThreadSafe() {
  8. for index in 0...threadNumbers {
  9. NSThread.detachNewThreadSelector("startNewThread", toTarget: self, withObject: nil)
  10. }
  11. condition.broadcast()
  12. mainCondition.lock()
  13. mainCondition.wait()
  14. mainCondition.unlock()
  15. checkOnlyOne()
  16. }
  17. func startNewThread() {
  18. condition.lock()
  19. condition.wait()
  20. condition.unlock()
  21. let temp = SwiftSingleton.shared
  22. count++
  23. singleton.addObject(temp)
  24. if count >= threadNumbers {
  25. mainCondition.signal()
  26. }
  27. }
  28. func checkOnlyOne () {
  29. let one = singleton[0] as SwiftSingleton
  30. for temp : AnyObject  in singleton {
  31. let newTemp = temp as SwiftSingleton
  32. if(newTemp !== one) {
  33. XCTFail("singleton error!");
  34. break;
  35. }
  36. }
  37. }
  38. }

这段代码主要使用了NSCondition进行同步,其中NSCondition分为两组,condition主要负责除主线程外的线程,在for语句中会创建并启动N(threadNumbers)个线程,每个线程启动后都会去执行startNewThread方法,执行到语句

  1. condition.wait()

会挂起当前线程,当所有线程都创建并启动完时,主线程会执行

  1. condition.broadcast()

来通知挂起的N个线程继承执行,此时主线程调了

  1. mainCondition.wait()

主线和进入持起状态,此处将主线程挂起是为了在所有线程执行完,依次检查取得引用的唯一性。

  1. if count >= threadNumbers {
  2. mainCondition.signal()
  3. }

当所有线程执行完时,通知主线程开始检查引用 ,执行结果如下:

从上面执行结果可以看出,这种单例并不能保证唯一性。上面用到了NSMutableArray类,网上说是线程不安全的,这里用的Swift语言,这么多线程一起操作暂没有发现异常......

三、其它实现测试结果

1、最简单实现
  1. class SwiftSingleton {
  2. class var shared: SwiftSingleton {
  3. return Inner.instance
  4. }
  5. struct Inner {
  6. static let instance: SwiftSingleton = SwiftSingleton()
  7. }
  8. }
 

解释:上述代表也实现了延迟加载技术

  1. static let instance: SwiftSingleton = SwiftSingleton()

首次访问Inner.instance时才会创建SwiftSingleton,此处的延迟加载由Swift语言原生提供

测试结果:通过
 
 
2、使用GCD技术实现的单例模式
  1. class SwiftSingleton {
  2. class var shared: SwiftSingleton {
  3. dispatch_once(&Inner.token) {
  4. Inner.instance = SwiftSingleton()
  5. }
  6. return Inner.instance!
  7. }
  8. struct Inner {
  9. static var instance: SwiftSingleton?
  10. static var token: dispatch_once_t = 0
  11. }
  12. }
 

测试结果:通过

四、测试说明

1、Mac OS线程总量有限制,你可以创建线程,但是最大线程启动数为2048(我的电脑是这样,不清楚是否跟硬件有关)
2、如果遇到测试无响应时,可以尝试重启电脑

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