c++多线程（六） - 单例模式

分手后的思念是犯贱 2022-03-22 08:42 264阅读 0赞

单例模式是设计模式的一种。程序中有一些特殊的类，在程序运行期间只能有一个对象。

### 1、单线程 ###

该类的构造函数为私有，且包含一个静态的成员变量m\_instance和成员函数GetInstance()。使用时通过GetInstance()返回该类的指针。

#include<iostream>
    #include<thread>
    #include<mutex>
    #include<algorithm>
    using namespace std;
    
    class MyCAS
    {
    public:
    	static MyCAS *GetInstance()
    	{
    		if (m_instance == NULL)
    		{
    			m_instance = new MyCAS();
    		}
    		return m_instance;
    	}	
    private:
    	MyCAS() {}
    	static MyCAS *m_instance;
    };
    
    MyCAS *MyCAS::m_instance = NULL;
    int main()
    {
    	MyCAS *ptr = MyCAS::GetInstance();
    	return 0;
    }

###   2、多线程 ###

上述代码在单线程的情况下没有问题，但是在多线程的情况下如何呢？肯定会出问题的！

考虑如下情况，m\_instance为空，两个线程a, b 同时执行函数GetInstance()。则m\_instance = new MyCAS()可能会执行多次，程序中对象就会有多个，这显然违背了设计的初衷。

为了使代码在多线程的情况下正确运行，我们重构上述代码。注意双重锁定是为了提高程序运行效率（在m\_instance不为空时，不再加锁，立即返回m\_instance）。

#include<iostream>
    #include<thread>
    #include<mutex>
    #include<algorithm>
    using namespace std;
    
    mutex resource_mutex;
    class MyCAS
    {
    public:
    	static MyCAS *GetInstance()
    	{
    		//双重锁定
    		if (m_instance == NULL)
    		{
    			unique_lock<mutex> guard(resource_mutex);
    			if (m_instance == NULL)
    			{
    				m_instance = new MyCAS();
    			}
    		}	
    		return m_instance;
    	}	
    private:
    	MyCAS() {}
    	static MyCAS *m_instance;
    };
    
    MyCAS *MyCAS::m_instance = NULL;
    void MyFunc()
    {
    	cout << "线程开始" << endl;
    	MyCAS *ptr = MyCAS::GetInstance();
    	cout << "线程结束" << endl;
    }
    int main()
    {
    	thread obj1(MyFunc);
    	thread obj2(MyFunc);
    	obj1.join();
    	obj2.join();
    	return 0;
    }

### 3.call\_once() ###

call\_once()保证函数只被调用一次。它通过标记once\_flag记录函数是否执行过。如果一个线程调用call\_once()成功后，once\_flag就会被标记为“已调用”。其他线程再次调用call\_once()时，就不会再执行该函数了。

#include<iostream>
    #include<thread>
    #include<mutex>
    #include<algorithm>
    using namespace std;
    
    once_flag g_flag;
    class MyCAS
    {
    public:
    	static void CreatInstance()
    	{		
    		m_instance = new MyCAS();
    	}
    	static MyCAS *GetInstance()
    	{
    		call_once(g_flag, CreatInstance);
    		return m_instance;
    	}	
    private:
    	MyCAS() {}
    	static MyCAS *m_instance;
    };
    
    MyCAS *MyCAS::m_instance = NULL;
    void MyFunc()
    {
    	cout << "线程开始" << endl;
    	MyCAS *ptr = MyCAS::GetInstance();
    	cout << "线程结束" << endl;
    }
    int main()
    {
    	thread obj1(MyFunc);
    	thread obj2(MyFunc);
    	obj1.join();
    	obj2.join();
    	return 0;
    }