简介
单例模式是很常用的一种设计模式，在实现过程中要非常注意线程安全，
我们会介绍四种方式来实现线程安全的单例模式:
- std::mutex实现单例模式
- std::call_once实现单例模式
- 借助static member实现单例模式
- 使用std::atomic来实现double check 模式
本文会介绍前两种实现方法，后面两种实现方法请参考本文.
实现方法
借助std::mutex
class SingleTon {
public:
static SingleTon* getInstance(void)
{
std::lock_guard<std::mutex> lk(s_mtx);
if (s_p == nullptr) {
s_p = new SingleTon();
}
return s_p;
}
public:
int getValue() {
return m_int;
}
private:
static std::mutex s_mtx;
static SingleTon* s_p;
SingleTon(SingleTon&) = delete;
SingleTon& operator=(SingleTon&) = delete;
SingleTon(SingleTon&&) = delete;
SingleTon& operator=(SingleTon&&) = delete;
SingleTon() {
m_int = 0;
}
private:
int m_int;
};
上面的实现中，可以保证在多线程环境下调用getInstance
是安全的，但在每次调用该函数的时候，都要求获取mutex,
这会降低该函数的性能。
基于以上的代码，我们在来做一些修改，看一下其中会存在什么样的问题。
static SingleTon* getInstance(void)
{
if(s_p == nullptr){
std::lock_guard<std::mutex> lk(s_mtx);
if(s_p == nullptr){
s_p = new SingleTon();
}
}
return s_p;
}
在解释上面的修改之前，我们先记住两个概念，编译器的指令优化会将部分指令打乱，其次
是CPU也会乱序执行，这使得很多指令并不像我们想象中的顺序那样运行。这使得上面的代码
不是线程安全的.
s_p = new SingleTon();这句代码包括三个部分:
1. 申请内存空间
2. 调用构造函数初始化内存空间
3. 将地址指针赋值给`s_p`
在实际运行过程中，编译器或CPU会执行某些优化，很有可能使得指令运行顺序变成1,3,2,
如果在执行完1,3之后，线程被切换，这时候问题出现了，其他线程很有可能获得该指针，但该指针所指向的地址空间并没有来得及进行初始化。
借助std::call_once与std::once_flag
在c++中可以提供一个可调用对象(fn)给std::call_once,该函数
可以确保fn只被调用一次。
#include <iostream>
#include <string>
//使用c++提供的std::call_once实现单例模式
class SingleTon {
public:
static SingleTon* getInstance(void)
{
std::call_once(s_flag,initSingleTon);
return s_p;
}
public:
int getValue() {
return m_int;
}
private:
static SingleTon* s_p;
static std::once_flag s_flag;
static void initSingleTon() {
s_p = new SingleTon();
}
SingleTon(SingleTon&) = delete;
SingleTon& operator=(SingleTon&) = delete;
SingleTon(SingleTon&&) = delete;
SingleTon& operator=(SingleTon&&) = delete;
SingleTon() {
m_int = 0;
}
private:
int m_int;
};
SingleTon *SingleTon::s_p = nullptr;
std::once_flag SingleTon::s_flag;
//测试代码
int main()
{
auto obj = SingleTon::getInstance();
std::cout << obj->getValue() << std::endl;
}
