C++单例模式与线程安全

系统管理员 2022-02-15 10:59 245阅读 0赞

**1. 教科书里的单例模式**

我们都很清楚一个简单的单例模式该怎样去实现：**构造函数声明为private或protect防止被外部函数实例化，内部保存一个private static的类指针保存唯一的实例，实例的动作由一个public的类方法代劳，该方法也返回单例类唯一的实例**。

上代码：

class singleton
    {
    protected:
        singleton(){}
    private:
        static singleton* p;
    public:
        static singleton* instance();
    };
    singleton* singleton::p = NULL;
    singleton* singleton::instance()
    {
        if (p == NULL)
            p = new singleton();
        return p;
    }

这是一个很棒的实现，简单易懂。但这是一个完美的实现吗？不！**该方法是线程不安全的**，考虑两个线程同时首次调用instance方法且同时检测到p是NULL值，则两个线程会同时构造一个实例给p，这是严重的错误！同时，这也不是单例的唯一实现！

**2. 懒汉与饿汉**

单例大约有两种实现方法：懒汉与饿汉。

*  懒汉：故名思义，不到万不得已就不会去实例化类，也就是说在第一次用到类实例的时候才会去实例化，所以上边的经典方法被归为懒汉实现；
 *  饿汉：饿了肯定要饥不择食。所以在单例类定义的时候就进行实例化。

特点与选择：

*  由于要进行线程同步，所以在访问量比较大，或者可能访问的线程比较多时，采用饿汉实现，可以实现更好的性能。这是以空间换时间。
 *  在访问量较小时，采用懒汉实现。这是以时间换空间。
 *  懒汉模式是以时间换空间
 *  饿汉模式是以空间换时间

**3. 线程安全的懒汉实现**

线程不安全，怎么办呢？最直观的方法：加锁。

*  方法1：加锁的经典懒汉实现：

#include <pthread.h>
    
    class singleton
    {
    protected:
        singleton(){}
    private:
        static singleton* p;
    public:
        static pthread_mutex_t mutex;
        static singleton* getInstance();
    };
    
    pthread_mutex_t singleton::mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
    singleton* singleton::p = NULL;
    singleton* singleton::getInstance()
    {
        if (p == NULL)
        {
            pthread_mutex_lock(&mutex);
            if (p == NULL)
                p = new singleton();
            pthread_mutex_unlock(&mutex);
        }
        return p;
    }

*  方法2：内部静态变量的懒汉实现

此方法也很容易实现，在instance函数里定义一个静态的实例，也可以保证拥有唯一实例，在返回时只需要返回其指针就可以了。推荐这种实现方法，真得非常简单。

#include <pthread.h>
    
    class singleton
    {
    protected:
        singleton(){}
    public:
        static pthread_mutex_t mutex;
        static singleton* getInstance();
    };
    
    pthread_mutex_t singleton::mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
    singleton* singleton::getInstance()
    {
        pthread_mutex_lock(&mutex);
        static singleton obj;
        pthread_mutex_unlock(&mutex);
        return &obj;
    }

**4. 饿汉实现**

饿汉实现本来就是线程安全的，不用加锁。

class singleton
    {
    protected:
        singleton()
        {}
    private:
        static singleton* p;
    public:
        static singleton* getInstance();
    };
    singleton* singleton::p = new singleton;
    singleton* singleton::getInstance()
    {
        return p;
    }

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