[C++][线程安全]单例模式下双检查锁和线程

傷城~ 2022-05-10 07:40 215阅读 0赞

> 问题

在设计模式中，有一个很经典的模式-单例模式，它可能是实现上最简单的模式，在代码中也经常使用，在单线程下，毫无疑问延迟化加载是比较常用的，但是在多线程条件下，单例模式的延迟加载可能就会出现一些问题。

如以下的代码：

T* GetInstance() { if (pInst == NULL) { pInst = new T; } return pInst; }

如果检测代码和实例化代码不是同一线程，则很容易出现返回NULL的现象。

> 经典的单例模式下的双重检测

解决以上问题就是加并发锁，我们将需要实例化的对象加锁，于是有了以下代码：

T* GetInstance() { if (pInst == NULL) { lock(); if (pInst == NULL) pInst = new T; unlock(); } return pInst; }

为什么要用两层if检查，第一层的if检查是因为当实例为空的时候，才去对实例加锁，这样可以避免多次对lock资源的调用，当第二层if检测的时候，才是程序要对程序进行初始化。

乍看这种代码是没有问题的，但是问题的来源是CPU的乱序执行，C++的New操作实际上包含了两个步骤：

1.  分配内存
2.  调用构造函数

所以pInst = new T包含了三个步骤：

1.  分配内存
2.  在内存的位置上调用构造函数
3.  将内存的地址赋值给pInst

因为(2)和(3)是可以颠倒的，所以可以出现这样的情况：pInst的值已经不是NULL，但对象仍然没有构造完毕。如果另外一个线程对GetInstance的调用，此时第一个if为false，这样就会返回一个未构造完成的对象，此时可能会导致程序崩溃。

> 解决思路

许多体系结构都提供barrier指令，POWERPC提供了其中一条名为lwsync的指令，我们可以这样来保证线程安全:

#define barrier() __asm__ volatile ("lwsyc") volatile T* pInst = 0; T* GetInstance() { if (!pInst) { lock(); if (!pInst) { T* temp = new T; barrier() pInst = temp; } unlock(); } return pInst; }

由于barrier的存在，对象的构造一定会在barrier执行之前完成，所以这样不会出现一些问题。

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