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参考
你真的知道怎么写Singleton吗？
超全的设计模式简介（45种）
design-patterns-for-humans
1. 常见的Singleton写法
/* singleton.h */
class Singleton {
public:
static Singleton *getInstance();
private:
Singleton() {}
~Singleton() {}
private:
static Singleton *singleton;
};
/* singleton.cpp */
Singleton *Singleton::singleton = NULL;
Singleton *Singleton::getInstance() {
if (singleton == NULL)
singleton = new Singleton();
return singleton;
}
2. 大伙都知道的DCLP问题
以上的例子放在多线程环境下，可能会多个线程同时执行singleton = new Singleton()，造成那么一丢丢的内存泄漏。好的，我们加把锁：
/* singleton.h */
class Singleton {
public:
static Singleton *getInstance();
private:
Singleton() {}
~Singleton() {}
private:
static Singleton *singleton;
static pthread_mutex_t mutex;
};
/* singleton.cpp */
Singleton *Singleton::singleton = NULL;
pthread_mutex_t Singleton::mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
Singleton *Singleton::getInstance() {
if (singleton == NULL) {
pthread_mutex_lock(&mutex);
singleton = new Singleton();
pthread_mutex_unlock(&mutex);
}
return singleton;
}
这样同样会有一个问题，可能多个线程同时等待mutex，然后singleton = new Singleton()同样会被多次调用，造成那么一丢丢的内存泄漏。好的，我们在锁里再加一层判断：
/* singleton.cpp */
Singleton *Singleton::singleton = NULL;
pthread_mutex_t Singleton::mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
Singleton *Singleton::getInstance() {
if (singleton == NULL) {
pthread_mutex_lock(&mutex);
if (singleton == NULL)
singleton = new Singleton();
pthread_mutex_unlock(&mutex);
}
return singleton;
}
干得不错，但是线程的多核CPU架构，多个CPU的cache line存在一个可见性问题，再加上new操作符可能被指令重排，所以运行在不同的CPU core上的多个线程仍然可能同时调用singleton = new Singleton()，造成那么一丢丢的内存泄漏。好的，我们用上memory model：
/* singleton.cpp */
Singleton *Singleton::singleton = NULL;
pthread_mutex_t Singleton::mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
Singleton *Singleton::getInstance() {
Singleton *temp = singleton.load(std::memory_order_relaxed);
std::atomic_thread_fence(std::memory_order_acquire);
if (temp == NULL) {
pthread_mutex_lock(&mutex);
temp = singleton.load(std::memory_order_relaxed);
if (temp == NULL) {
temp = new Singleton();
std::atomic_thread_fence(std::memory_order_release);
singleton.store(temp, std::memory_order_relaxed);
}
pthread_mutex_unlock(&mutex);
}
return temp;
}
以上便是DCLP(Double-Checked-Locking-Pattern)的最终版，你会发现写一个Singleton又是memory fence，又是atomic操作，简直费劲，下面我们来另一种写法。
3. 懒人Singleton写法
/* singleton.h */
class Singleton {
public:
static Singleton *getInstance() {
return &singleton;
}
private:
Singleton() {}
~Singleton() {}
private:
static Singleton singleton;
};
/* singleton.cpp */
Singleton Singleton::singleton;
很优雅的规避了DCLP问题，并且多线程安全，为什么多线程安全呢，以下是cpp-reference上的一段解释:
Non-local variables
All non-local variables with static storage duration are initialized as part of program startup, before the execution of the main function begins (unless deferred, see below). All variables with thread-local storage duration are initialized as part of thread launch, sequenced-before the execution of the thread function begins.
类里面的static成员是全局的，会在编译的时候存在.bss段，在程序启动也就是在进入到_start后call main之前，进行初始化。但是呢，这种写法会存在一些隐患。
3.1. static initialization order fiasco
假设我有另一个同样的Singleton类SingletonB：
class SingletonB {
private:
SingletonB() {
Singleton *singleton = Singleton::getInstance();
singleton->do_whatever();
}
}
假定SingletonB先于Singleton编译，由于SingletonB初始化的时候Singleton没有初始化，所以程序在call main之前就会crash。
3.2. 怎么解决
解决方案很简单，将static Singleton singleton;由global scope转为function scope。
/* singleton.h */
class Singleton {
public:
static Singleton *getInstance() {
static Singleton singleton;
return &singleton;
}
private:
Singleton() {}
~Singleton() {}
};
/* 没有singleton.cpp */
这样只有在第一次调用Singlton::getInstance()才会初始化singleton。而且，该解决方案在C++11的前提下是线程安全的，以下是cpp-reference的解释：
If multiple threads attempt to initialize the same static local variable concurrently, the initialization occurs exactly once (similar behavior can be obtained for arbitrary functions with std::call_once).
Note: usual implementations of this feature use variants of the double-checked locking pattern, which reduces runtime overhead for already-initialized local statics to a single non-atomic boolean comparison. (since C++11)
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