1.懒汉式
#include <iostream>
// version1:
// with problems below:
// 1. thread is not safe
// 2. memory leak
class Singleton{
private:
Singleton(){
std::cout<<"constructor called!"<<std::endl;
}
Singleton(Singleton&)=delete;
Singleton& operator=(const Singleton&)=delete;
static Singleton* m_instance_ptr;
public:
~Singleton(){
std::cout<<"destructor called!"<<std::endl;
}
static Singleton* get_instance(){
if(m_instance_ptr==nullptr){
m_instance_ptr = new Singleton;
}
return m_instance_ptr;
}
void use() const { std::cout << "in use" << std::endl; }
};
Singleton* Singleton::m_instance_ptr = nullptr;
int main(){
Singleton* instance = Singleton::get_instance();
Singleton* instance_2 = Singleton::get_instance();
return 0;
}
缺点:
- 线程安全问题,当多线程获取单例时有可能引发竞态条件:
第一个线程在if中判断 m_instance_ptr是空的,于是开始实例化单例;同时第2个线程也尝试获取单例,这个时候判断m_instance_ptr还是空的,于是也开始实例化单例;这样就会实例化出两个对象,这就是线程安全问题的由来;
解决办法:加锁 - 内存泄露:注意到类中只负责new出对象,却没有负责delete对象,因此只有构造函数被调用,析构函数却没有被调用;因此会导致内存泄漏。
解决办法: 使用共享指针;
2.改进版懒汉式
#include <iostream>
#include <memory> // shared_ptr
#include <mutex> // mutex
// version 2:
// with problems below fixed:
// 1. thread is safe now
// 2. memory doesn't leak
class Singleton{
public:
typedef std::shared_ptr<Singleton> Ptr;
~Singleton(){
std::cout<<"destructor called!"<<std::endl;
}
Singleton(Singleton&)=delete;
Singleton& operator=(const Singleton&)=delete;
static Ptr get_instance(){
// "double checked lock"
if(m_instance_ptr==nullptr){
std::lock_guard<std::mutex> lk(m_mutex);
if(m_instance_ptr == nullptr){
m_instance_ptr = std::shared_ptr<Singleton>(new Singleton);
}
}
return m_instance_ptr;
}
private:
Singleton(){
std::cout<<"constructor called!"<<std::endl;
}
static Ptr m_instance_ptr;
static std::mutex m_mutex;
};
// initialization static variables out of class
Singleton::Ptr Singleton::m_instance_ptr = nullptr;
std::mutex Singleton::m_mutex;
int main(){
Singleton::Ptr instance = Singleton::get_instance();
Singleton::Ptr instance2 = Singleton::get_instance();
return 0;
}
优点:
- shared_ptr:基于RALL思想,用对象管理资源。当shared_ptr析构时,new出来的对象也会被析构掉。
- double check:双检锁,好处是:使用锁保证了线程安全;双检:保证只有当智能指针为空的时候,才会加锁检查。避免每次调用 get_instance的方法都加锁,锁的开销毕竟还是有点大的。
缺点:
- 代码略显复杂,而且要求使用智能指针;
- double check:某些平台会存在失效问题
3.最推荐的懒汉式(magic static)-局部静态变量
#include <iostream>
class Singleton
{
public:
~Singleton(){
std::cout<<"destructor called!"<<std::endl;
}
Singleton(const Singleton&)=delete;
Singleton& operator=(const Singleton&)=delete;
static Singleton& get_instance(){
static Singleton instance;
return instance;
}
private:
Singleton(){
std::cout<<"constructor called!"<<std::endl;
}
};
主要利用到c++ 11的static的一个特性:
If control enters the declaration concurrently while the variable is being initialized, the concurrent execution shall wait for completion of the initialization.
如果当变量在初始化的时候,并发同时进入声明语句,并发线程将会阻塞等待初始化结束。
这样保证了并发线程在获取静态局部变量的时候一定是初始化过的,所以具有线程安全性。
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