先看乙個最簡單的教科書式單例模式:
class csingleton
return ps;
程式設計客棧}
private:
csingleton(){}
csingleton & operator=(const csingleton &s);
static csingleton* ps;
};csingleton* csingleton::ps = null;
有2個要點:
1.private的建構函式和=操作符,用於防止類外的例項化和被複製;
2.static的類指標和get方法。
在大多數單執行緒情況下,以上**大都會執行得很好,除非遇到中斷:
1.當程式執行到tag1 處觸發了中斷;
2.中斷處理程式恰呼叫的也是getinstance函式。
可想而知,這和多執行緒的情況類似,假設執行緒a 執行到tag1處,還沒來得及new,此時ps仍然是null,執行緒b(或中斷處理程式) 同時也執行到此通過if判斷,那麼將會例項化2個csingleton物件,顯然是不對的。
為了解決上述問題,自然而然,最容易想到也最常用的方法是加鎖,因此getinstance改成這樣:
static csingleton* getinstance()
return ps;
}加了鎖以後貌似解決了上述問題,但也同樣帶來了新的問題:如果程式到處是諸如:
csingletdtpggojczon::instance()->aaaa();
csingleton::instance()->bbbb();
csingleton::instance()->cccc();
這樣的呼叫,除了第一次的lock()有用外,後面的都是在做無用功,lock()的代價說大不大,但在某些情況下還是會提高程式延遲,這對追求完美的程式猿來說是完全無法接受的。
於是乎,咱想出了乙個辦法:
static csingleton* getinstance()
}return ps;
}很久以後我才知道,這個方法有個很高大上的名字,叫做雙重檢查鎖定模式,簡稱dclp(double checked locking pattern)。
dclp很好地解決了多次呼叫不必要的lock()。
然而,你們以為這樣就完了?too young。。
dclp在多執行緒下仍然存在2個根本問題:
1.程式的指令執行順序不確定;
2.編譯器優化問題。
先說2,在某些編譯器下,以上的兩個if判斷只會執行乙個,甚至乙個都不執行,原因是編譯器認為至少有乙個if判斷是多餘的,它自動幫助我們優化了**。
再說1,ps = new csingleton; 這條語句會被拆分為這樣的三個步驟執行:
1.為要new的物件開闢一塊記憶體;
2.構造該物件,填入這塊記憶體;
3.將ps指標指向這塊記憶體。
以上三個步驟,2和3的順序是不確定的,可能先2後3,也可能先3後2。。。
實際執行時可能是這樣的:
static csingleton* getinstance()
}return ps;
}如果編譯器按上述順序執行**,考慮如下狀況:
執行緒a 執行到step 1還未執行後面的step 2,此時ps非空,但其指向的記憶體裡面的內容還未被構造出來,於此同時執行緒b 進入這個函式,判斷ps非空直接返回ps,但是呼叫者此時訪問的ps記憶體實際內容csingleton還沒被構造呢,這是一塊位址正確大小正確但內部資料不明的東西,當然會出錯(呼叫者一般這麼呼叫:csingleton::getinstance()->aa(); csingleton::getinstance()->bb(); csingleton::getinstance()->cc();........此時的aa,bb,cc是啥玩意兒?)。
這也是為什麼加上volatile關鍵字仍然不可以解決同步問題,volatile只解決了編譯器優化問題,卻無法控制機器指令執行順序。
很遺憾的是,c/c++本身在設計時是不考慮多執行緒問題的,也就是說,要處理多執行緒問題還要程式猿自己想辦法填坑。。
說了這麼多,我們要討論的問題仍然沒有解決,慶幸的是,c++ 11提供了記憶體柵欄技術來解決這個問題,這裡不贅述,有興趣的讀者可以自己搜尋資料看看,不過是一些api調罷了。
那麼,c++ 11 以前的**如何解決這個問題呢?很不幸,並沒有很好的解決方案,一種可行的方案是,程式中不要到處這麼呼叫這個單例物件:
csingleton::getinstance()->aa();
csingleton::getinstance()->bb();
csingleton::getinstance()->cc();
而是在程式開始就初始化快取這個單例物件:
csingleton* const g_ps = csingldtpggojczeton::getinstance();//程式一開始就快取這個單例物件
g_ps->aa();
g_ps->bb();
g_ps->cc();
但是如此帶來的問題是程式一開始就例項化了這個單例物件,物件在整個程式的宣告週期存在,這貌似叫餓漢式,而之前那種叫懶漢式,孰輕孰重,只有根據實際情況取捨了。
本文標題: 從c++單例模式到執行緒安全詳解
本文位址:
c 多執行緒單例模式 執行緒安全C 單例模式
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C 單例模式 與執行緒安全
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