Swift百万线程攻破单例（Singleton)模式

2023-08-14 09:31:16

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，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：

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

码农公寓

一、不安全的单例实现

二、线程抢占原理

三、其它实现测试结果

四、测试说明

相关文章