詳解C++實(shí)現(xiàn)線(xiàn)程安全的單例模式
在某些應(yīng)用環(huán)境下面，一個(gè)類(lèi)只允許有一個(gè)實(shí)例，這就是著名的單例模式。單例模式分為懶漢模式，跟餓漢模式兩種。
首先給出餓漢模式的實(shí)現(xiàn)
正解：
template <class T>
class singleton
{
protected:
singleton(){};
private:
singleton(const singleton&){};//禁止拷貝
singleton& operator=(const singleton&){};//禁止賦值
static T* m_instance;
public:
static T* GetInstance();
};
template <class T>
T* singleton<T>::GetInstance()
{
return m_instance;
}
template <class T>
在實(shí)例化m_instance 變量時(shí)，直接調(diào)用類(lèi)的構(gòu)造函數(shù)。顧名思義，在還未使用變量時(shí)，已經(jīng)對(duì)m_instance進(jìn)行賦值，就像很饑餓的感覺(jué)。這種模式，在多線(xiàn)程環(huán)境下肯定是線(xiàn)程安全的，因?yàn)椴淮嬖诙嗑€(xiàn)程實(shí)例化的問(wèn)題。
下面來(lái)看懶漢模式
template <class T>
class singleton
{
protected:
singleton(){};
private:
singleton(const singleton&){};
singleton& operator=(const singleton&){};
static T* m_instance;
public:
static T* GetInstance();
};
template <class T>
T* singleton<T>::GetInstance()
{
if( m_instance == NULL)
{
m_instance = new T();
}
return m_instance;
}
template <class T>
T* singleton<T>::m_instance = NULL;
懶漢模式下，在定義m_instance變量時(shí)先等于NULL，在調(diào)用GetInstance()方法時(shí)，在判斷是否要賦值。這種模式，并非是線(xiàn)程安全的，因?yàn)槎鄠€(gè)線(xiàn)程同時(shí)調(diào)用GetInstance()方法，就可能導(dǎo)致有產(chǎn)生多個(gè)實(shí)例。要實(shí)現(xiàn)線(xiàn)程安全，就必須加鎖。
下面給出改進(jìn)之后的代碼
template <class T>
class singleton
{
protected:
singleton(){};
private:
singleton(const singleton&){};
singleton& operator=(const singleton&){};
static T* m_instance;
static pthread_mutex_t mutex;
public:
static T* GetInstance();
};
template <class T>
T* singleton<T>::GetInstance()
{
pthread_mutex_lock(&mutex);
if( m_instance == NULL)
{
m_instance = new T();
}
pthread_mutex_unlock(&mutex);
return m_instance;
}
template <class T>
pthread_mutex_t singleton<T>::mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
template <class T>
T* singleton<T>::m_instance = NULL;
這一切看起來(lái)都很完美，但是程序猿是一種天生就不知道滿(mǎn)足的動(dòng)物。他們發(fā)現(xiàn)GetInstance()方法，每次進(jìn)來(lái)都要加鎖，會(huì)影響效率。然而這并不是必須的，于是又對(duì)GetInstance()方法進(jìn)行改進(jìn)
template <class T>
T* singleton<T>::GetInstance()
{
if( m_instance == NULL)
{
pthread_mutex_lock(&mutex);
if( m_instance == NULL)
{
m_instance = new T();
}
pthread_mutex_unlock(&mutex);
}
return m_instance;
}
這也就是所謂的“雙檢鎖”機(jī)制。但是有人質(zhì)疑這種實(shí)現(xiàn)還是有問(wèn)題，在執(zhí)行 m_instance = new T()時(shí)，可能 類(lèi)T還沒(méi)有初始化完成，m_instance 就已經(jīng)有值了。這樣會(huì)導(dǎo)致另外一個(gè)調(diào)用GetInstance()方法的線(xiàn)程，獲取到還未初始化完成的m_instance 指針，如果去使用它，會(huì)有意料不到的后果。其實(shí)，解決方法也很簡(jiǎn)單，用一個(gè)局部變量過(guò)渡下即可：
正解：
template <class T>
T* singleton<T>::GetInstance()
{
if( m_instance == NULL)
{
pthread_mutex_lock(&mutex);
if( m_instance == NULL)
{
T* ptmp = new T();
m_instance = ptmp;
}
pthread_mutex_unlock(&mutex);
}
return m_instance;
}
到這里在懶漢模式下，也就可以保證線(xiàn)程安全了。
然而，在linux下面還有另一種實(shí)現(xiàn)。linux提供了一個(gè)叫pthread_once()的函數(shù)，它保證在一個(gè)進(jìn)程中，某個(gè)函數(shù)只被執(zhí)行一次。下面是使用pthread_once實(shí)現(xiàn)的線(xiàn)程安全的懶漢單例模式
template <class T>
class singleton
{
protected:
singleton(){};
private:
singleton(const singleton&){};
singleton& operator=(const singleton&){};
static T* m_instance;
static pthread_once_t m_once;
public:
static void Init();
static T* GetInstance();
};
template <class T>
void singleton<T>::Init()
{
m_instance = new T();
}
template <class T>
T* singleton<T>::GetInstance()
{
pthread_once(&m_once,Init);
return m_instance;
}
template <class T>
pthread_once_t singleton<T>::m_once = PTHREAD_ONCE_INIT;
template <class T>
T* singleton<T>::m_instance = NULL;
上面的單例類(lèi)使用了模板，對(duì)每一種類(lèi)型的變量都能實(shí)例化出唯一的一個(gè)實(shí)例。
例如要實(shí)例化一個(gè)int類(lèi)型
int *p = singleton<int>::GetInstance()
例如要實(shí)例化一個(gè)string類(lèi)型
string *p = singleton<string>::GetInstance()
在上面的實(shí)現(xiàn)中，在實(shí)例化對(duì)象時(shí)，調(diào)用GetInstance()函數(shù)時(shí)都沒(méi)有傳遞參數(shù)，這是猶豫不同的對(duì)象其初始化時(shí)參數(shù)個(gè)數(shù)都不一樣。如果要支持不同類(lèi)型的對(duì)象帶參數(shù)初始化，則需要重載GetInstance函數(shù)。然而在c++11中，已經(jīng)支持了可變參數(shù)函數(shù)。這里給出一個(gè)簡(jiǎn)單的例子
#ifndef _SINGLETON_H_
#define _SINGLETON_H_
template <class T>
class singleton
{
protected:
singleton(){};
private:
singleton(const singleton&){};
singleton& operator=(const singleton&){};
static T* m_instance;
public:
template <typename... Args>
static T* GetInstance(Args&&... args)
{
if(m_instance == NULL)
m_instance = new T(std::forward<Args>(args)...);
return m_instance;
}
static void DestroyInstance()
{
if(m_instance )
delete m_instance;
m_instance = NULL;
}
};
template <class T>
T* singleton<T>::m_instance = NULL;
#endif
測(cè)試函數(shù)
#include <iostream>
#include <string>
#include "singleton.h"
using namespace std;
struct A
{
A(int a ,int b):_a(a),_b(b)
{}
int _a;
int _b;
};
int main()
{
int *p1 = singleton<int>::GetInstance(5);
int *p2 = singleton<int>::GetInstance(10);
cout << *p1 << " " << *p2 <<endl;
string *p3 = singleton<string>::GetInstance("aa");
string *p4 = singleton<string>::GetInstance("bb");
cout << *p3 << " " << *p4 <<endl;
A *p5 = singleton<A>::GetInstance(1,2);
A *p6 = singleton<A>::GetInstance(4,5);
cout << p5->_a << " " << p6->_a<<endl;
return 0;
}
運(yùn)行結(jié)果如下
以上所述是小編給大家介紹的C++實(shí)現(xiàn)線(xiàn)程安全的單例模式詳解整合，希望對(duì)大家有所幫助，如果大家有任何疑問(wèn)請(qǐng)給我留言，小編會(huì)及時(shí)回復(fù)大家的。在此也非常感謝大家對(duì)腳本之家網(wǎng)站的支持！
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