保護共享數據的初始化過程

在多線程編程中，互斥量是最通用的保護共享數據的機制。但是在某些情況下，一些資源僅需要在第一次初始化的時候需要保護，其時候就可以不需要互斥變量的保護了。比如編碼中最常見的單例模式，核心代碼如下：

//（3）獲得本類實例的唯一全局訪問點 static CSinglton* GetInstance() {//若實例不存在，則創建實例對象if (NULL == pInstance){pInstance = new CSinglton();} //實例已經存在，直接該實例對象return pInstance; }

以上代碼在多線程環境中是不安全的，有可能導致創建對象兩次，導致內存泄漏；如果每次訪問之前都是加鎖，將大大影響訪問性能，即使能解決問題。

為了滿足多線程環境中高效和安全的特性，人們提出了雙重鎖定方式單例模式，代碼如下：

static CSinglton* GetInstance() {//僅在實例未被創建時加鎖，其他時候直接返回if (NULL == pInstance){std::lock_guard<std::mutex> guard(g_mutex)if (NULL == pInstance){//若實例不存在，則創建實例對象pInstance = new CSinglton();//步驟一}}//實例已經存在，直接該實例對象return pInstance; } //執行代碼 GetInstance()->dosomething();//步驟二

但是在實踐中可以發現，會因為指令編排方式不同，導致一些異常情況發生。
因為線程A中pInstance分配了指針，CSinglton的構造函數還沒有執行，但此時線程B開始調用GetInstance()接口，因為pInstance已經非空，直接執行dosomething(),就導致異常情況發生了。

同樣的，創建靜態局部變量的代碼，在C++11之前也存在搶著創建變量的問題：
?

class my_class; my_class& get_my_class_instance() {static my_class instance; // 多個線程同時創建實例。return instance; }

std::call_once保護共享數據
為了解決雙重鎖定以及創建多個實例的問題，C++11標準庫提供了std::once_flag和std::call_once來處理只初始化一次的情況。使用std::call_once比顯式使用互斥量消耗的資源更少，并且還是無鎖式編程，減少了死鎖問題的發生。

call_once和once_flag的用法：

std::once_flag flag;void simple_do_once() {std::call_once(flag, [](){ std::cout << "Simple example: called once\n"; }); }int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[]) {std::thread st1(simple_do_once);std::thread st2(simple_do_once);std::thread st3(simple_do_once);std::thread st4(simple_do_once);st1.join();st2.join();st3.join();st4.join();std::cout << "main thread end\n"; }

運行結果：

Simple example: called once//只有一個打印，目標函數僅被執行一次 main thread end

如何用std::call_once創建安全性的單例模式參見這篇文章call_once 使用方法

發現問題
在正常情況下，若在執行期間call_once調用的函數拋出異常，則once_flag狀態不會翻轉，其他線程還可以繼續執行call_once；但是在vs2013測試發現，異常無法安裝預期進行，不知道是何種原因，這里做個記錄。

?測試代碼：

std::once_flag flag;void may_throw_function(bool do_throw) {if (do_throw) {std::cout << "throw: call_once will retry\n"; // 這會出現多于一次throw std::exception();}std::cout << "Didn't throw, call_once will not attempt again\n"; // 保證一次 }void do_once(bool do_throw) {try {std::call_once(flag, may_throw_function, do_throw);}catch (...) {} }int main(int argc, _TCHAR* argv[]) {std::thread t1(do_once, true);std::thread t2(do_once, true);std::thread t3(do_once, false);std::thread t4(do_once, true);t1.join();t2.join();t3.join();t4.join();std::cout << "main thread end\n"; }

運行結果：

vs2013編譯的程序無法繼續執行，線程卡住，如下

td::call_once的替代方案
在前面的文章中提到，我們也可以使用靜態局部變量的方式創建唯一實例，只是在多線程環境中，存在這么一種情況：每個線程都認為他們是第一個初始化這個變量，導致這個變量被創建兩次。

但在C++11標準中，這些問題都被解決了：初始化及定義完全在一個線程中發生，并且沒有其他線程可在初始化完成前對其進行處理，條件競爭終止于初始化階段。當然，這個要求編譯要支持C++11才可以。
?

std::call_once的替代方案 class my_class; my_class& get_my_class_instance() {static my_class instance; // 線程安全的初始化過程return instance; }

本文轉自：C++11保護共享數據的其他方法_Keep Moving~-CSDN博客

總結

以上是生活随笔為你收集整理的C++11保护共享数据的其他方法的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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