单例模式的定义
确保某一个类只有一个实例, 而且自行实例化并向整个系统提供这个实例。
方法一:
static Singleton *getInstance()
{
static Singleton locla_s;
return &locla_s;
}
该代码可能在c++11之前的版本导致多次构造函数的调用,所以只能在较新的编译器上使用。
方法二:
static Singleton *getInstance()
{
pthread_mutex_lock(&mutex);
if (local_instance == nullptr)
{
local_instance = new Singleton();
}
pthread_mutex_unlock(&mutex);
return local_instance;
}
下面这个版本使用了mutex以及静态成员来析构单例。该方案的劣处在于锁导致速度慢,效率低。但是至少是正确的,也能在c++11之前的版本使用。
方法三:
static Singleton *getInstance()
{
if(local_instance == nullptr){
pthread_mutex_lock(&mutex);
if (local_instance == nullptr)
{
local_instance = new Singleton();
}
pthread_mutex_unlock(&mutex);
}
return local_instance;
}
使用双锁检查导致未初始化的内存访问
使用如下的代码来实现已经初始化的对象的直接返回。可以使上述代码性能会大大加快。但是相同的代码在Java下面有很明显的问题,由于CPU乱序执行,可能导致访问到未经初始化的对象的引用。c++也存在相同的问题,可能导致未定义行为导致段错误
假如线程A进入锁内并分配对象的空间,但是由于指令可能乱序,实际上导致local_instance被先指向一块未被分配的内存,然后再在这块内存上进程初始化。但是在指向后,未初始化前,另一线程B可能通过getInstance获取到这个指针。
方法四
在新的标准中,atomic类实现了内存栅栏,使得多个核心访问内存时可控。这利用了c++11的内存访问顺序可控。
#include <iostream>
#include <atomic>
#include <thread>
#include <mutex>
using namespace std;
class Singleton
{
private:
static atomic<Singleton*> instance;
class rememberFree {
public:
rememberFree() {}
~rememberFree() {
Singleton* local_instance =
instance.load(std::memory_order_relaxed);
if (local_instance != nullptr) {
delete local_instance;
}
}
};
static rememberFree remember;
public:
static Singleton *getInstance()
{
Singleton* tmp = instance.load(std::memory_order_relaxed);
atomic_thread_fence(memory_order_acquire);
if (tmp == nullptr) {
static mutex mtx;
lock_guard<mutex> lock(mtx);
tmp = instance.load(memory_order_relaxed);
if (tmp == nullptr)
{
tmp = new Singleton();
atomic_thread_fence(memory_order_release);
instance.store(tmp, memory_order_relaxed);
}
}
return tmp;
}
};
atomic<Singleton*> Singleton::instance;
Singleton::rememberFree Singleton::remember;
int main()
{
Singleton * s2 = Singleton::getInstance();
}
RAII方式同步线程锁
通过C++的这种机制,我们可以很方便地处理C++中的加锁同步机制。把锁对象作为Guard对象的一个成员(m_lock),然后在Guard对象的构造中对m_lock进行加锁:m_lock.acquire(),在Guard对象的析构函数中进行解锁:m_lock.release()
template <class T>
class Guard
{
public :
Guard(const T & lock);
virtual ~Guard();
private:
const T & m_lock;
};
template <class T>
Guard<T>::Guard(const T & lock) :
m_lock(lock)
{
m_lock.acquire();
}
template <class T>
Guard<T>::~Guard()
{
m_lock.release();
}
我们可以在应用程序中这样使用它:
void testFunc(.....)
{
Guard<MutexWrapper> guard(mutex);
...
}
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