Swift中编写单例的正确方式

本文由CocoaChina译者leon(社区ID)翻译
原文：THE RIGHT WAY TO WRITE A SINGLETON

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在之前的帖子里聊过状态管理有多痛苦，有时这是不可避免的。一个状态管理的例子大家都很熟悉，那就是单例。使用Swift时，有许多方法实现单例，这是个麻烦事，因为我们不知道哪个最合适。这里我们来回顾一下单例的历史，看一看在Swift中如何正确地实现单例。

如果你想直接看看Swift中单例的正确实现方式，直接跳到帖子最后即可。

往事回忆之ObjC单例

Swift是Objective-C的一种自然演变，它用如下的方式实现单例：

@interface Kraken : NSObject

@end

@implementation Kraken

+ (instancetype)sharedInstance {

static Kraken *sharedInstance = nil;

static dispatch_once_t onceToken;

dispatch_once(&onceToken,^{

sharedInstance = [[Kraken alloc] init];

});

return sharedInstance;

}

@end

在这个现成方案中，我们可以看到单例的基本结构。让我们来约定一些规则，这样便于更好的理解。

单例规则

关于单例，有三个重要的准则需要牢记：

1. 单例必须是唯一的(要不怎么叫单例？) 在程序生命周期中只能存在一个这样的实例。单例的存在使我们可以全局访问状态。例如：

NSNotificationCenter,UIApplication和NSUserDefaults。

2. 为保证单例的唯一性，单例类的初始化方法必须是私有的。这样就可以避免其他对象通过单例类创建额外的实例。

3. 考虑到规则1，为保证在整个程序的生命周期中值有一个实例被创建，单例必须是线程安全的。并发有时候确实挺复杂，简单说来，如果单例的代码不正确，如果有两个线程同时实例化一个单例对象，就可能会创建出两个单例对象。也就是说，必须保证单例的线程安全性，才可以保证其唯一性。通过调用dispatch_once，即可保证实例化代码只运行一次。

在程序中保持单例的唯一性，只初始化一次，这样并不难。帖子的余下部分中，需要记住：单例实现要满足隐藏的dispatch_once规则。

Swift单例

自Swift 1.0开始，创建单例有很多种方法。这些链接中已经有很详尽的描述，比如

https://github.com/hpique/SwiftSingleton，http://stackoverflow.com/questions/24024549/dispatch-once-singleton-model-in-swift和

https://developer.apple.com/swift/blog/?id=7。但是谁喜欢点链接呢？先剧透一下吧：总共有4个版本。我们来清点一下：

1. 最丑陋方法（Swift皮，Objective-C心）

class TheOneAndOnlyKraken {

class var sharedInstance: TheOneAndOnlyKraken {

struct Static {

static var onceToken: dispatch_once_t = 0

static var instance: TheOneAndOnlyKraken? = nil

}

dispatch_once(&Static.onceToken) {

Static.instance = TheOneAndOnlyKraken()

}

return Static.instance!

}

}

这个版本是Objective-C的直接移植版。我认为它不好看是因为Swift本该更简洁、更有描述力。不要做个搬运工，要做就做的更好。

2. 结构体方法（“新瓶装老酒）

class TheOneAndOnlyKraken {

class var sharedInstance: TheOneAndOnlyKraken {

struct Static {

static let instance = TheOneAndOnlyKraken()

}

return Static.instance

}

}

Swift 1.0时，不支持静态类变量，那时这个方法是不得已而为之。但使用结构体，就可以支持这个功能。因为静态变量的限制，我们被约束在这样的一个模型中。这比Objective-C移植版本好一些，但还不够好。有趣的是，在Swift 1.2发布几个月后，我还可以看到这种写法。在那之后，反而更多了。

3.全局变量方法（“单行单例”方法）

private let sharedKraken = TheOneAndOnlyKraken()

class TheOneAndOnlyKraken {

class var sharedInstance: TheOneAndOnlyKraken {

return sharedKraken

}

}

在Swift 1.2以后，我们有了访问权限设置(access control specifiers) 的功能和静态类成员(static class members)。这意味着我们终于可以摆脱混乱的全局变量、全局命名空间，也不会发生命名空间冲突了。这个版本看起来更Swiftier一点。

现在，你可能会有疑问：为何看不到dispatch_once？根据Apple Swift博客中的说法，以上方法都自动满足dispatch_once规则。这里有个帖子可以证明dispatch_once规则一直在起作用。

“全局变量（还有结构体和枚举体的静态成员）的Lazy初始化方法会在其被访问的时候调用一次。类似于调用'dispatch_once'以保证其初始化的原子性。这样就有了一种很酷的'单次调用'方式：只声明一个全局变量和私有的初始化方法即可。”--来自Apple's Swift Blog

（“The lazy initializer for a global variable (also for static members of structs and enums) is run the first time that global is accessed,and is launched as `dispatch_once` to make sure that the initialization is atomic. This enables a cool way to use `dispatch_once` in your code: just declare a global variable with an initializer and mark it private.”）

这就是Apple官方文档给我们的所有信息，但这些已经足够证明全局变量和结构体／枚举体的静态成员是支持”dispatch_once”特性的。现在，我们相信使用全局变量来“懒包装”单例的初始化方法到dispatch_once代码块中是100%安全的。但是对于静态类变量来说，情况又如何？

这个问题带我们到更激动人心的思考中去：

正确的方法（也即是“单行单例法”）现在已经被证明正确。

class TheOneAndOnlyKraken {

static let sharedInstance = TheOneAndOnlyKraken()

}

到此为止，我们已经做了许多研究工作。这个帖子的灵感来源于我们在Capital One的一次对话：结对编程review代码的过程中，我们试图找到在App中使用Swift编写正确、一致的单例方法。我们知道编写单例的正确方法，但是无法用理论来证明。没有足够的文档支持，想证明方法的正确是徒劳的。在网上或博客圈中没有足够多的信息的话，这只能是一家之言，大家都知道如果网上查不到信息，就不会相信。这点让我很难过。

我搜索了许多信息，甚至翻到了google搜索结果的10多页，还是一无所获。难道没有人发帖证明单行单利方法的正确性？可能有人发过，但是太难被发现了。

因此我决定将各种单例都写一变，然后在运行时加入断点来观测。

分析了每个stack trace的记录后，我发现了有趣的东西——证据！

来看看截图：

使用全局单例方法

使用单行单例方法

第一张图片展示了使用全局实例时的stack trace。标红的地方需要注意。在调用Kraken单例之前，先调用了swift_once，接下来是swift_once_block_invoke。Apple之前在文档中已经说过，“懒实例化”的全局变量会被自动放在dispatch_once块中，我们可以假定说的就是这个东西。

了解了这些知识，我们来看看漂亮的单行单例方法。如图所示，调用完全一样。这样，我们就有了证据证明单行单例方法是正确的。

不要忘记设置初始化方法为私有

@davedelong，Apple的Framework传道者，善意地提醒我：必须保证init方法的私有性，只有这样，才能保证单例是真正唯一的，避免外部对象通过访问init方法创建单例类的其他实例。由于Swift中的所有对象都是由公共的初始化方法创建的，我们需要重写自己的init方法，并设置其为私有的。这很简单，而且不会破坏到我们优雅的单行单例方法。

class TheOneAndOnlyKraken {

static let sharedInstance = TheOneAndOnlyKraken()

private init() {} //This prevents others from using the default '()' initializer for this class.

}

这样做就可以保证编译器在某个类尝试使用()来初始化TheOneAndOnlyKraken时，抛出错误：

就是这样，我们的单行单例，非常完美！

结论

这里回复一下jtbandes在“top rated answer to swift singletons on Stack Overflow”这个帖子中的问题：我也找不到哪里有文档证明let语句可以带来线程安全性的好处。我记得在去年参加WWDC的时候有类似的说法，没办法保证读者或各位Googler也偶遇到这个说法。希望这个帖子能帮助大家理解为什么单行单例在Swift中是正确的方法。

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