Swift百万线程攻破单例（Singleton)模式

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，如以下：

class SwiftSingleton {
    class var shared: SwiftSingleton {
    if !Inner.instance {
        Inner.instance = SwiftSingleton()
        }
        return Inner.instance!
    }
    
    struct Inner {
        static var instance: SwiftSingleton?
    }
}

这段代码的实现，在shared中进行条件推断，假设Inner.instance.为空就生成一个实例，这段代码非常easy看出当线程同一时候訪问SwiftSingleton.shared方法时。会有例如以下问题出现，线程A推断Inner.instance为空，进入if语句后马上切换到线程B运行，线程B也进行推断。因为线程A仅仅是进入了if语句，这行代码

 Inner.instance = SwiftSingleton()

并没有运行。这时Inner.instance还是为空，纯种B也进行了if语句。这样的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不论什么一篇文章都会讲的，也不能理解，关键问题，怎样測试上面的理论是否正确呢？

二、线程抢占原理

事实上要实现上面的样例不是非常难，创建N个线程，让他同一时候訪问SwiftSingleton.shared的方法，然后将所返回值保存最后比較引用。原理非常正确，可是创建线程的过程也是极为耗时的，如今的电脑运行速度又非常快。模拟具有不稳定性。

怎样才干最大的程序測试上面的安全性呢？这里我们能够考虑一个现实的问题，假设找1000人通过一段100米的赛道，我们想要很多其它的人同一时候去冲刺终点。越多越好。假设你找一个人，告诉他去跑100米，然后再找一下，这样的肯定同一时候到达终点的几率非常底。

怎么办才干让很多其它的人在同一时刻到达终点呢？问题非常easy，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。我们想要很多其它的线程訪问SwiftSingleton.shared方法，仅仅要先准备好全部的线程，然后发一个信号。让他们同一时候去訪问这种方法就能够了。

实现代码例如以下：

class SwiftSingletonTest: XCTestCase {
    let condition = NSCondition()
    let mainCondition = NSCondition()
    let singleton: NSMutableArray = NSMutableArray()
    let threadNumbers = 1000
    var count = 0
    
    
    func testSingletonThreadSafe() {
        
        for index in 0...threadNumbers {
            NSThread.detachNewThreadSelector("startNewThread", toTarget: self, withObject: nil)
        }
        condition.broadcast()
        mainCondition.lock()
        mainCondition.wait()
        mainCondition.unlock()
        checkOnlyOne()
    }
    
    func startNewThread() {
        condition.lock()
        condition.wait()
        condition.unlock()
        let temp = SwiftSingleton.shared
        count++
        singleton.addObject(temp)
        if count >= threadNumbers {
            mainCondition.signal()
        }
    }
    
    func checkOnlyOne () {
        let one = singleton[0] as SwiftSingleton
        for temp : AnyObject  in singleton {
            let newTemp = temp as SwiftSingleton
            if(newTemp !== one) {
                XCTFail("singleton error!");
                break;
            }
        }
    }

}

这段代码主要使用了NSCondition进行同步，当中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，每一个线程启动后都会去运行startNewThread方法。运行到语句

condition.wait()

会挂起当前线程。当全部线程都创建并启动完时，主线程会运行

condition.broadcast()

来通知挂起的N个线程继承运行。此时主线程调了

mainCondition.wait()

主线和进入持起状态，此处将主线程挂起是为了在全部线程运行完，依次检查取得引用的唯一性。

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

当全部线程运行完时，通知主线程開始检查引用 。运行结果例如以下：

从上面运行结果能够看出，这样的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、其它实现測试结果

1、最简单实现

class SwiftSingleton {
    class var shared: SwiftSingleton {
            return Inner.instance
    }

    struct Inner {
        static let instance: SwiftSingleton = SwiftSingleton()
    }
}

解释：上述代表也实现了延迟载入技术

 static let instance: SwiftSingleton = SwiftSingleton()

首次訪问Inner.instance时才会创建SwiftSingleton,此处的延迟载入由Swift语言原生提供

測试结果：通过

2、使用GCD技术实现的单例模式

class SwiftSingleton {
    class var shared: SwiftSingleton {
        dispatch_once(&Inner.token) {
            Inner.instance = SwiftSingleton()
        }
        return Inner.instance!
    }
    struct Inner {
        static var instance: SwiftSingleton?
        static var token: dispatch_once_t = 0
    }
    
}

測试结果：通过

四、測试说明

1、Mac OS线程总量有限制，你能够创建线程。可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、假设遇到測试无响应时。能够尝试重新启动电脑