Swift百万线程攻破单例(Singleton)模式

发布于:2014-06-20 11:07阅读数:

一、意图 保证一个类公有一个实例,并提供一个访问它的全局访问点。 二、使用场景 1、使用场景 当类只能有一个实例而且客户可以从一个众所周知的访问点访问它时 当这个唯一实例应该是通

 
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.        
  9.     struct Inner {   
  10.         static var instance: SwiftSingleton?   
  11.     }   
  12. }   
 
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.        
  8.        
  9.     func testSingletonThreadSafe() {   
  10.            
  11.         for index in 0...threadNumbers {   
  12.             NSThread.detachNewThreadSelector("startNewThread", toTarget: self, withObject: nil)   
  13.         }   
  14.         condition.broadcast()   
  15.         mainCondition.lock()   
  16.         mainCondition.wait()   
  17.         mainCondition.unlock()   
  18.         checkOnlyOne()   
  19.     }   
  20.        
  21.     func startNewThread() {   
  22.         condition.lock()   
  23.         condition.wait()   
  24.         condition.unlock()   
  25.         let temp = SwiftSingleton.shared   
  26.         count++   
  27.         singleton.addObject(temp)   
  28.         if count >= threadNumbers {   
  29.             mainCondition.signal()   
  30.         }   
  31.     }   
  32.        
  33.     func checkOnlyOne () {   
  34.         let one = singleton[0] as SwiftSingleton   
  35.         for temp : AnyObject  in singleton {   
  36.             let newTemp = temp as SwiftSingleton   
  37.             if(newTemp !== one) {   
  38.                 XCTFail("singleton error!");   
  39.                 break;   
  40.             }   
  41.         }   
  42.     }   
  43.    
  44. }   
 
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.    
  6.     struct Inner {   
  7.         static let instance: SwiftSingleton = SwiftSingleton()   
  8.     }   
  9. }   
 
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.        
  13. }   
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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