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主题 : Swift百万线程攻破单例(Singleton)模式
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0 楼:  发表于: 2014-06-20 10:08    发自: Web Page
来源于 Swift教程 分类

Swift百万线程攻破单例(Singleton)模式   

管理提醒: 本帖被 lyywhg 设置为精华(2014-06-20)
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:


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

Inner.instance = SwiftSingleton() 


并没有执行,这时Inner.instance还是为空,线程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:

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,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

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

condition.broadcast()


来通知挂起的N个线程继承执行,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所有线程执行完,依次检查取得引用的唯一性。

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


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


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加载技术
 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


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
    }
    
}



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


博客传送:个人博客
[ 此帖被g1jun在2014-06-20 13:12重新编辑 ]

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lyywhg 可可豆 +10 2014-06-20 原创内容
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1 楼:  发表于: 2014-06-20 10:10    发自: Web Page
以前随便发一篇文章都有上千的访问量,现在无论写什么,总是那么点的点击率,太少了,发到这里赚点人气吧
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2 楼:  发表于: 2014-06-20 10:13    发自: Web Page
回 1楼(g1jun) 的帖子
你把文章 移进来 我给你加精~
我没CSDN管理权限  哈哈~
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3 楼:  发表于: 2014-06-20 10:15    发自: Web Page
回 2楼(lyywhg) 的帖子
ok

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4 楼:  发表于: 2014-06-20 10:22    发自: Web Page
回 3楼(g1jun) 的帖子
移好了 私信我
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5 楼:  发表于: 2014-06-20 10:26    发自: Web Page
well done!
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6 楼:  发表于: 2014-06-20 11:58    发自: Web Page
分析的很好,学习了
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7 楼:  发表于: 2014-06-20 12:07    发自: Web Page
不是线程数有限制吧,而是某个进程都被系统配置了一定数量的句柄,这个句柄可能是线程的也可能是其他内核对象的。
我之前遇到过句柄耗尽的情况,lsof查到了元凶。
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8 楼:  发表于: 2014-06-20 12:33    发自: Web Page
回 7楼(csucfl) 的帖子
道理是一样的,可能我帖子没有说清楚,创建线程暂时没有发生限制(我测试的时候最多用了5000),在调用start方法的时候,超过2048会报错
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9 楼:  发表于: 2014-06-20 12:46    发自: Web Page
讲解还是很好理解的,很不错,赞一个。
太高端了,访问量也不一定高哦

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