Objective-C 單例模式完整實現：ARC 與非 ARC 環境雙版本詳解

Objective-C 單例模式完整實現：ARC 與非 ARC 環境雙版本詳解

單例模式確保進程中僅存在一個類實例，iOS 系統框架大量採用（NSFileManager、UIApplication 等）。本文提供 ARC 與非 ARC 兩套生產級實現，涵蓋線程安全、複製/釋放攔截、區域分配攔截等關鍵細節。

核心設計原則

1. 線程安全：使用 dispatch_once 保證初始化僅執行一次
2. 防止外部分配：重寫 +allocWithZone: 返回共享實例
3. 攔截複製/釋放：非 ARC 下覆寫 retain/release/autorelease/retainCount/copyWithZone:
4. 私有化 init：防止 [[Singleton alloc] init] 創建第二個實例

ARC 環境實現（推薦，現代專案標配）

介面檔 Singleton.h

#import 

@interface Singleton : NSObject

+ (instancetype)sharedInstance;

@end

實現檔 Singleton.m

#import "Singleton.h"

@implementation Singleton

+ (instancetype)sharedInstance {
    static Singleton* _sharedInstance = nil;
    static dispatch_once_t onceToken;
    dispatch_once(&onceToken, ^{
        _sharedInstance = [[super allocWithZone:NULL] init];
    });
    return _sharedInstance;
}

- (instancetype)init {
    self = [super init];
    if (self) {
        // 初始化業務屬性
    }
    return self;
}

// 核心攔截：所有分配路徑導向 sharedInstance
+ (id)allocWithZone:(struct _NSZone*)zone {
    return [self sharedInstance];
}

// 複製返回自身
- (id)copyWithZone:(struct _NSZone*)zone {
    return self;
}

// 禁止釋放（ARC 下通常不需實現，保留以防手動釋放）
- (void)dealloc {
    // 單例通常不釋放，若需清理資源可在這裡處理
}

@end

非 ARC 環境實現（維護舊專案必備）

#import "Singleton.h"

@implementation Singleton

+ (instancetype)sharedInstance {
    static Singleton* _sharedInstance = nil;
    static dispatch_once_t onceToken;
    dispatch_once(&onceToken, ^{
        _sharedInstance = [[super allocWithZone:NULL] init];
    });
    return _sharedInstance;
}

+ (id)allocWithZone:(NSZone*)zone {
    return [[self sharedInstance] retain];  // 非 ARC 需 retain 平衡
}

- (id)copyWithZone:(NSZone*)zone {
    return self;
}

- (id)retain {
    return self;  // 單例永不釋放，retain 無效
}

- (NSUInteger)retainCount {
    return UINT_MAX;  // 標記為不可釋放
}

- (void)release {
    // 故意空實現，防止釋放
}

- (id)autorelease {
    return self;
}

- (instancetype)init {
    self = [super init];
    if (self) {
        // 初始化業務屬性
    }
    return self;
}

- (void)dealloc {
    // 單例不應走到這裡，但保留超類調用以防萬一
    [super dealloc];
}

@end

關鍵差異對比表

進階話題：單例的替代方案

• 依賴注入：將單例作為參數傳遞，便於單元測試與解耦
• 協議導向：定義協議，單元測試時注入 Mock 實現
• 工廠模式：由工廠控制實例生命週期，而非類自身強制單例

避坑清單

1. 不要在 +initialize 中創建實例（可能被調用多次，且子類會繼承調用）
2. 不要用 @synchronized(self) 替代 dispatch_once（效能差且易死鎖）
3. 非 ARC 下務必實現 retainCount 返回 UINT_MAX，否則自動釋放池可能過度釋放
4. 若單例持有大量資源，考慮提供 +destroyInstance 手動清理（罕見需求）

掌握雙環境單例實現，能讓你在新舊專案中游刃有餘，編寫出線程安全、記憶體正確、符合 Cocoa 規範的單例類。