C++实现线程安全的单例模式

在某些应用环境下面,一个类只允许有一个实例,这就是著名的单例模式。单例模式分为懒汉模式,跟饿汉模式两种。

首先给出饿汉模式的实现

template <class T>
class singleton
{
protected:
    singleton(){};
private:
    singleton(const singleton&){};//禁止拷贝
    singleton& operator=(const singleton&){};//禁止赋值
    static T* m_instance;
public:
    static T* GetInstance();
};


template <class T>
T* singleton<T>::GetInstance()
{
    return m_instance;
}

template <class T>
T* singleton<T>::m_instance = new T();

在实例化m_instance 变量时,直接调用类的构造函数。顾名思义,在还未使用变量时,已经对m_instance进行赋值,就像很饥饿的感觉。这种模式,在多线程环境下肯定是线程安全的,因为不存在多线程实例化的问题。 

下面来看懒汉模式

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;

懒汉模式下,在定义m_instance变量时先等于NULL,在调用GetInstance()方法时,在判断是否要赋值。这种模式,并非是线程安全的,因为多个线程同时调用GetInstance()方法,就可能导致有产生多个实例。要实现线程安全,就必须加锁。

下面给出改进之后的代码

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;

这一切看起来都很完美,但是程序猿是一种天生就不知道满足的动物。他们发现GetInstance()方法,每次进来都要加锁,会影响效率。然而这并不是必须的,于是又对GetInstance()方法进行改进

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;
}

这也就是所谓的“双检锁”机制。但是有人质疑这种实现还是有问题,在执行 m_instance = new T()时,可能 类T还没有初始化完成,m_instance 就已经有值了。这样会导致另外一个调用GetInstance()方法的线程,获取到还未初始化完成的m_instance 指针,如果去使用它,会有意料不到的后果。其实,解决方法也很简单,用一个局部变量过渡下即可:

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;
}

到这里在懒汉模式下,也就可以保证线程安全了。

然而,在linux下面还有另一种实现。linux提供了一个叫pthread_once()的函数,它保证在一个进程中,某个函数只被执行一次。下面是使用pthread_once实现的线程安全的懒汉单例模式

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;

 上面的单例类使用了模板,对每一种类型的变量都能实例化出唯一的一个实例。

例如要实例化一个int类型

int *p = singleton<int>::GetInstance()

例如要实例化一个string类型

string *p = singleton<string>::GetInstance()

在上面的实现中,在实例化对象时,调用GetInstance()函数时都没有传递参数,这是犹豫不同的对象其初始化时参数个数都不一样。如果要支持不同类型的对象带参数初始化,则需要重载GetInstance函数。然而在c++11中,已经支持了可变参数函数。这里给出一个简单的例子

#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

测试函数

#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;
}

运行结果如下

本文参与腾讯云自媒体分享计划,欢迎正在阅读的你也加入,一起分享。

发表于

我来说两句

0 条评论
登录 后参与评论

相关文章

来自专栏GreenLeaves

存储过程详解

存储过程简介 什么是存储过程:存储过程可以说是一个记录集吧,它是由一些T-SQL语句组成的代码块,这些T-SQL语句代码像一个方法一样实现一些功能(对单表或多表...

22110
来自专栏有趣的django

SQLAlchemy SQLAlchemy

4660
来自专栏happyJared

设计模式入门:单例模式

  单例模式属于创建型模式,是一种较为简单的设计模式,但也是最容易让人犯错的。在不同的单例模式实现中,首先要确保构造函数是私有的,然后提供一个静态入口(方法)用...

1552
来自专栏腾讯云数据库(TencentDB)

【腾讯云CDB】源码分析·MySQL online ddl日志回放解析

ddl包含了copy和inplace方式,对于不支持online的ddl操作采用copy方式。对于inplace方式,mysql内部以“是否修改记录格式”为基准...

6210
来自专栏JAVA后端开发

通用数据级别权限的框架设计与实现(3)-数据列表的权限过滤

查看上篇文章通用数据级别权限的框架设计与实现(2)-数据权限的准备工作,我们开始数据列表的权限过滤. 原理:我们在做过滤列表时,根据用户权限自动注入到相关SQ...

1.2K5
来自专栏IT杂记

INET_ATON()函数在MySQL5.6版本和5.7版本的差异

问题 ### The error occurred while setting parameters ### SQL: insert into t_gatewa...

2809
来自专栏猿人谷

mybatis动态调用表名和字段名

  一直在使用Mybatis这个ORM框架,都是使用mybatis里的一些常用功能。今天在项目开发中有个业务是需要限制各个用户对某些表里的字段查询以及某些字段...

3216
来自专栏编程

防止黑客SQL注入的方法

一、SQL注入简介 SQL注入是比较常见的网络攻击方式之一,它不是利用操作系统的BUG来实现攻击,而是针对程序员编程时的疏忽,通过SQL语句,实现无帐号登录,甚...

2447
来自专栏信安之路

【作者投稿】宽字符注入详解与实战

SQL语句是SELECT * FROM news WHERE tid='{$id}',根据文章的id把文章从news表中提取出来,在$sql之前,我们只用了限制...

1050
来自专栏维C果糖

史上最简单的 MySQL 教程(六)「SQL 基本操作 之 数据操作」

根据操作对象的不同,咱们可以将 SQL 的基本操作分为三类,分别为:库操作、表(字段)操作和数据操作。

43913

扫码关注云+社区

领取腾讯云代金券