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根據維基百科，對單例模式的描述是：

確保一個類只有一個實例，并提供對該實例的全局訪問。

從這段話，我們可以得出單例模式的最重要特點：

一個類最多只有一個對象

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單線程環境

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對于一個普通的類，我們可以任意的生成對象，所以我們為了避免生成太多的類，需要將類的構造函數設置為私有。

所以我們寫出第一步：

class Singleton { public:private:Singleton() { } };

此時在main中就無法直接生成對象：

Singleton s; //ERROR

那么我們想要獲取實例，只能借助于類內部的函數，于是我們添加一個內部的函數，而且必須是static函數（思考為什么）：

class Singleton { public:static Singleton *getInstance(){return new Singleton;} private:Singleton() { } }; OK，我們可以用這個函數生成對象了，但是每次都去new，無法保證唯一性，于是我們將對象保存在一個static指針內，然后每次獲取對象時，先檢查該指針是否為空： class Singleton { public:static Singleton *getInstance(){if(pInstance_ == NULL) //線程的切換 {::sleep(1);pInstance_ = new Singleton;}return pInstance_;} private:Singleton() { }static Singleton *pInstance_; };Singleton *Singleton::pInstance_ = NULL;

我們在main中測試：

cout << Singleton::getInstance() << endl; cout << Singleton::getInstance() << endl;

可以看到生成了相同的對象，單例模式編寫初步成功。

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多線程環境下的考慮

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但是目前的代碼就真的沒問題了嗎？

我寫出了以下的測試：

class TestThread : public Thread { public:void run(){cout << Singleton::getInstance() << endl;cout << Singleton::getInstance() << endl;} };int main(int argc, char const *argv[]) {//測試證明了多線程下本代碼存在競爭問題 TestThread threads[12];for(int ix = 0; ix != 12; ++ix){threads[ix].start();}for(int ix = 0; ix != 12; ++ix){threads[ix].join();}return 0; }

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這里注意，為了達到效果，我特意做了如下改動：

if(pInstance_ == NULL) //線程的切換 {::sleep(1);pInstance_ = new Singleton; }

這樣故意造成線程的切換。

打印結果如下：

0xb1300468 0xb1300498 0x9f88728 0xb1300498 0xb1300478 0xb1300498 0xb1100488 0xb1300498 0xb1300488 0xb1300498 0xb1300498 0xb1300498 0x9f88738 0xb1300498 0x9f88748 0xb1300498 0xb1100478 0xb1300498 0xb1100498 0xb1300498 0xb1100468 0xb1300498 0xb11004a8 0xb11004a8

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很顯然，我們的代碼在多線程下經不起推敲。

怎么辦？加鎖！ 于是我們再度改進：

class Singleton { public:static Singleton *getInstance(){mutex_.lock();if(pInstance_ == NULL) //線程的切換pInstance_ = new Singleton;mutex_.unlock();return pInstance_;} private:Singleton() { }static Singleton *pInstance_;static MutexLock mutex_; };Singleton *Singleton::pInstance_ = NULL; MutexLock Singleton::mutex_;

此時測試，無問題。

但是，互斥鎖會極大的降低系統的并發能力，因為每次調用都要加鎖，等于一群人過獨木橋。

我寫了一份測試如下：

class TestThread : public Thread { public:void run(){const int kCount = 1000 * 1000;for(int ix = 0; ix != kCount; ++ix){Singleton::getInstance();}} };int main(int argc, char const *argv[]) {//Singleton s; ERROR int64_t startTime = getUTime();const int KSize = 100;TestThread threads[KSize];for(int ix = 0; ix != KSize; ++ix){threads[ix].start();}for(int ix = 0; ix != KSize; ++ix){threads[ix].join();}int64_t endTime = getUTime();int64_t diffTime = endTime - startTime;cout << "cost : " << diffTime / 1000 << " ms" << endl;return 0; }

開了100個線程，每個調用1M次getInstance，其中getUtime的定義如下：

int64_t getUTime() {struct timeval tv;::memset(&tv, 0, sizeof tv);if(gettimeofday(&tv, NULL) == -1){perror("gettimeofday");exit(EXIT_FAILURE);}int64_t current = tv.tv_usec;current += tv.tv_sec * 1000 * 1000;return current; }

運行結果為：

cost : 6914 ms

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采用雙重鎖模式

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上面的測試，我們還無法看出性能問題，我再次改進代碼：

class Singleton { public:static Singleton *getInstance(){if(pInstance_ == NULL){mutex_.lock();if(pInstance_ == NULL) //線程的切換pInstance_ = new Singleton;mutex_.unlock();}return pInstance_;} private:Singleton() { }static Singleton *pInstance_;static MutexLock mutex_; };Singleton *Singleton::pInstance_ = NULL; MutexLock Singleton::mutex_;

可以看到，我在getInstance中采用了兩重檢查模式，這段代碼的優點體現在哪里？

內部采用互斥鎖，代碼無論如何是可靠的

new出第一個實例后，后面每個線程訪問到最外面的if判斷就直接返回了，沒有加鎖的開銷

我再次運行測試，（測試代碼不變），結果如下：

cost : 438 ms

啊哈，十幾倍的性能差距，可見我們的改進是有效的，僅僅三行代碼，卻帶來了十幾倍的效率提升！

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尾聲

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上面這種編寫方式成為DCLP（Double-Check-Locking-Pattern）模式，這種方式一度被認為是絕對正確的，但是后來有人指出這種方式在某些情況下也會亂序執行，可以參考Scott的C++ and the Perils of Double-Checked Locking - Scott Meyer

轉載于:https://my.oschina.net/inevermore/blog/388676

總結

以上是生活随笔為你收集整理的C++Singleton的DCLP（双重锁）实现以及性能测评的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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