Swift百万线程攻破单例(Singleton)模式

本文已经更新到Swift3.0语法

一、单例实现

上一篇文章《Swift设计模式之单例(Singleton)》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:

单例实现
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public class SwiftSingleton {

private static var instance: SwiftSingleton?

public class var shared: SwiftSingleton {
if self.instance == nil {
self.instance = SwiftSingleton()
}
return self.instance!
}

private init() {
}

}

这段代码的实现,在shared中进行条件判断,如果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

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self.instance = SwiftSingleton()

并没有执行,这时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。如何才能最大程度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,然后再找下一个,这种方法队员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,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:

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class SwiftSingletonTest: XCTestCase {
let condition = NSCondition()
let mainCondition = NSCondition()
var singletonArray = [SwiftSingleton]()
let threadNumbers = 1000
var count = 0


func testSingletonThreadSafe() {

for _ in 0...threadNumbers {
Thread.detachNewThreadSelector(#selector(SwiftSingletonTest.startNewThread),
toTarget: self, with: nil)
}
condition.broadcast()
mainCondition.lock()
mainCondition.wait()
mainCondition.unlock()
checkOnlyOne()
}

func startNewThread() {
condition.lock()
condition.wait()
condition.unlock()
let temp = SwiftSingleton.shared
count += 1
singletonArray.append(temp)
if count >= threadNumbers {
mainCondition.signal()
}
}

func checkOnlyOne () {
let one = singletonArray[0]
for temp in singletonArray {
if(temp !== 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

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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

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condition.broadcast()

来通知挂起的N个线程继承执行,此时主线程调了

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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。

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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、其它测试结果

1、最简单的实现

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public class SwiftSingleton {

//通过关键字static来保存实例引用
private static let instance = SwiftSingleton()

//私有化构造方法
private init() {
}

//提供静态访问方法
public static var shared: SwiftSingleton {
return self.instance
}

}

解释:上述也是延迟加载

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private static let instance = SwiftSingleton()

首次调用self.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

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(暂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