c 多執行緒單例模式 C 單例模式實現

2021-10-14 01:29:19 字數 2015 閱讀 4072

單例模式，可以說設計模式中最常應用的一種模式了。但是如果沒有學過設計模式的人，可能不會想到要去應用單例模式，面對單例模式適用的情況，可能會優先考慮使用全域性或者靜態變數的方式，這樣比較簡單，也是沒學過設計模式的人所能想到的最簡單的方式了。

一般情況下，我們建立的一些類是屬於工具性質的，基本不用儲存太多的跟自身有關的資料，在這種情況下，每次都去new乙個物件，即增加了開銷，也使得**更加臃腫。其實，我們只需要乙個例項物件就可以。如果採用全域性或者靜態變數的方式，會影響封裝性，特別對於大型專案，很容易照成名字衝突。基於這些原因，大佬們設計出了單例模式。

在實現的時候，我們將類的建構函式設定為private，這樣，外部就不會去構造該類的物件了，只能通過我們提供的函式來獲取。

在單執行緒環境下，我們會這麼實現：

class csingleton ;
最為核心的是getinstance()函式，在單執行緒下， 實現是：

csingleton* csingleton::_instance = null;  csingleton* csingleton::getinstance()   return _instance; }
在多執行緒環境下，上述函式getinstance在多個執行緒執行時會存在競爭，例如兩個執行緒都判斷_instance == null 為true，都會new乙個新物件。這明顯會有問題。因此需要加鎖保護。對於多執行緒而言，getinstance函式通常如下實現：

csingleton* csingleton::getinstance()   unlock();  return _instance; }
這個函式看起來解決了問題，但是每當執行緒getinstance()時，都要先lock，其實我們只在一開始建立乙個例項，因此後續每次_instance == null判斷結果都是false，從而返回_instance，這其實會導致很多無效的lock，unlock(對於linux下的mutex來說，這兩個動作還是很昂貴的，每次都lock，unlock都快失去單例模式的優勢了)，基於這個問題，引出了double check機制。如下：

csingleton* csingleton::getinstance()   unlock();  }  return _instance; }
這時，只是在首次呼叫的時候呼叫了lock，unlock後續由於每次判斷_instance == null都為false，因此直接返回_instance。

但是這樣完美了嗎？這段**看起來沒有問題，當函式返回時，_instance總是指向乙個有效物件。為lock和unlock又解決了多執行緒競爭的問題。

但是實際上這個**也有問題。問題的**是cpu的亂序執行。c++裡，new包含了兩個步驟：

這時， _instance = new csingleton()就包含了三步：

在這三步中，2和3步完全可以顛倒。也就會出現如下情況： _instance不為null，但是沒有呼叫建構函式。這時如果另外乙個執行緒直接呼叫getinstance，就會直接得到乙個沒有構造完全的物件。這時候程式會如何執行就不得而知了。

可見，cpu的亂序執行對於多執行緒保障有了很大挑戰。因此，要保證多執行緒安全，在某些時候必須阻止cpu換序。通常會呼叫cpu的一條指令(比較遺憾，不同的平台，通常不同)，該指令通常被稱為barrier。barrier會阻止cpu將barrier之前和之後的指令交換。由此得到執行緒安全的實現。:

csingleton* csingleton::getinstance()   unlock();  }  return _instance; }
由於barrier的存在，物件的構造一定在barrier之前完成，因此，當_instance被賦值時物件總是構造好的。如此就實現了多執行緒環境下的單例模式。

先看簡單的實現，對於c++11，由於c++11中可以保證static變數時多執行緒安全的，在底層實現了加鎖操作，所以不需要像以前那樣自己寫加鎖操作，因此實現如下：

class singleton};

c 多執行緒單例模式 執行緒安全C 單例模式

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