C++的单例模式与线程安全单例模式（懒汉/饿汉）

C++的单例模式与线程安全单例模式（懒汉/饿汉）

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：　　

复制代码
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;
}
复制代码
 

　　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。

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。

       懒汉的线程安全问题

如果此时多线程进行操作，简单点以两个线程为例，假设pthread_1刚判断完 intance 为NULL 为真，准备创建实例的时候，切换到了pthread_2, 此时pthread_2也判断intance为NULL为真，创建了一个实例，再切回pthread_1的时候继续创建一个实例返回，那么此时就不再满足单例模式的要求了， 既然这样，是因为多线程访问出的问题，那我们就来加把锁，使得线程同步；

class singleton
{
private:
    singleton()
    {
        pthread_mutex_init(&mutex);
    }
 
    static singleton* p;
    static pthread_mutex_t mutex;
public:
    static singleton* initance()
    {
        pthread_mutex_lock(&mutex);
        if (p == NULL)
        {
            p = new singleton();
        }
        pthread_mutex_unlock(&mutex);
 
        return p;
    }
};
 
pthread_mutex_t singleton::mutex;
singleton* singleton::p = NULL;

 


那么我们这样写的代码是没有问题的，但是效率可能有点低，因为加锁是一个非常耗时的操作，没有必要每次都要加锁解锁，只有刚开始创建对象的时候需要加锁。如果对象都

创建出来了，就没必要加锁解锁了，直接返回这个对象的指针。

  • 方法1：加锁的经典懒汉实现：

复制代码
class singleton
{
protected:
    singleton()
    {
        pthread_mutex_init(&mutex);
    }
private:
    static singleton* p;
public:
    static pthread_mutex_t mutex;
    static singleton* initance();
};

pthread_mutex_t singleton::mutex;
singleton* singleton::p = NULL;
singleton* singleton::initance()
{
    if (p == NULL)    //p != NULL,说明对象已经创建出来了，直接返回对象的指针，没必要在加锁解锁浪费时间。
    {
        pthread_mutex_lock(&mutex);
        if (p == NULL)
            p = new singleton();
        pthread_mutex_unlock(&mutex);
    }
    return p;
}
复制代码

  • 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。　　　　

 

复制代码
class singleton
{
protected:
    singleton()
    {
        pthread_mutex_init(&mutex);
    }
public:
    static pthread_mutex_t mutex;
    static singleton* initance();
    int a;
};

pthread_mutex_t singleton::mutex;
singleton* singleton::initance()
{
    pthread_mutex_lock(&mutex);
    static singleton obj;
    pthread_mutex_unlock(&mutex);
    return &obj;
}
复制代码

 

 

4 饿汉实现

　　为什么我不讲“线程安全的饿汉实现”？因为饿汉实现本来就是线程安全的，不用加锁。为啥？自己想！

复制代码
class singleton
{
protected:
    singleton()
    {}
private:
    static singleton* p;
public:
    static singleton* initance();
};
singleton* singleton::p = new singleton;
singleton* singleton::initance()
{
    return p;
}
复制代码

是不是特别简单呢？

以空间换时间，你说简单不简单？

面试的时候，线程安全的单例模式怎么写？肯定怎么简单怎么写呀！饿汉模式反而最懒！

转自 https://www.cnblogs.com/2018shawn/p/11471125.html

 

posted on 2020-09-20 21:16  回形针的迷宫  阅读(466)  评论(0)  编辑  收藏  举报

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