C++實(shí)現(xiàn)線程安全的單例模式

1、單例模式

　　一個(gè)簡(jiǎn)單的單例模式很容易實(shí)現(xiàn)：構(gòu)造函數(shù)聲明為private或protect防止被外部函數(shù)實(shí)例化，內(nèi)部保存一個(gè)private static的類指針保存唯一的實(shí)例，實(shí)例的動(dòng)作由一個(gè)public的類方法代勞，該方法也返回單例類唯一的實(shí)例。

class singleton { protected:singleton(){} private:static singleton* p; public:static singleton* instance(); }; singleton* singleton::p = NULL; singleton* singleton::instance() {if (p == NULL)p = new singleton();return p; }

　　上面這種簡(jiǎn)單的方式即是懶漢模式的單例模式，但是這種方法是線程不安全的，考慮兩個(gè)線程同時(shí)首次調(diào)用instance方法且同時(shí)檢測(cè)到p是NULL值，則兩個(gè)線程會(huì)同時(shí)構(gòu)造一個(gè)實(shí)例給p，這是嚴(yán)重的錯(cuò)誤！同時(shí)，這也不是單例的唯一實(shí)現(xiàn)！

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class HDRNet { private:HDRNet();static HDRNet* hdrnet; public:static HDRNet* get_hdrnet();~HDRNet(); };

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#include "hdrnet.h"HDRNet * HDRNet::hdrnet = nullptr; HDRNet * HDRNet::get_hdrnet() {if (hdrnet==nullptr){hdrnet = new HDRNet();}return hdrnet; } HDRNet::HDRNet() { }HDRNet::~HDRNet() {if (hdrnet != nullptr){delete hdrnet;} }

2、懶漢與餓漢

? ? ?單例大約有兩種實(shí)現(xiàn)方法：懶漢與餓漢。

• 懶漢：故名思義，不到萬不得已就不會(huì)去實(shí)例化類，也就是說在第一次用到類實(shí)例的時(shí)候才會(huì)去實(shí)例化，所以上邊的經(jīng)典方法被歸為懶漢實(shí)現(xiàn)；
• 餓漢：餓了肯定要饑不擇食。所以在單例類定義的時(shí)候就進(jìn)行實(shí)例化。

? ? ?特點(diǎn)說明：

• 由于要進(jìn)行線程同步，所以在訪問量比較大，或者可能訪問的線程比較多時(shí)，采用餓漢實(shí)現(xiàn)，可以實(shí)現(xiàn)更好的性能。這是以空間換時(shí)間。
• 在訪問量較小時(shí)，采用懶漢實(shí)現(xiàn)。這是以時(shí)間換空間。

3 、線程安全的懶漢實(shí)現(xiàn)

　　簡(jiǎn)單的懶漢模式是線程不安全的，一個(gè)簡(jiǎn)單的方法是：加鎖。這里使用的線程庫是Pthread。

? ? ? ?POSIX線程（POSIX threads），簡(jiǎn)稱Pthreads，是線程的POSIX標(biāo)準(zhǔn)。Pthread是由POSIX提出的一套通用的線程庫，在linux平臺(tái)下，它被廣泛的支持，而在windows平臺(tái)下，需要下載pthreads-w32庫。之所以選擇Pthreads庫作為多線程處理庫，是因此Android NDK開發(fā)時(shí)，可以使用pthread在C++中實(shí)現(xiàn)多線程處理。

pthreads-w32在Windows的配置方法，可參考：

https://blog.csdn.net/qianchenglenger/article/details/16907821

pthreads-w32-2-9-1：https://download.csdn.net/download/guyuealian/10623897

其他版本的地址：ftp://sourceware.org/pub/pthreads-win32

關(guān)于pthread的用法，可參考這個(gè)PDF：

https://download.csdn.net/download/qq_21792169/9380962

• 方法1：加鎖的經(jīng)典懶漢實(shí)現(xiàn)（線程安全）：

class singleton { protected:singleton(){pthread_mutex_init(&mutex);} private:static singleton* p; public:static pthread_mutex_t mutex;static singleton* initance(); };pthread_mutex_t singleton::mutex; singleton* singleton::p = NULL; singleton* singleton::initance() {if (p == NULL){pthread_mutex_lock(&mutex);if (p == NULL)p = new singleton();pthread_mutex_unlock(&mutex);}return p; }

• 方法2：內(nèi)部靜態(tài)變量的懶漢實(shí)現(xiàn)

　　此方法也很容易實(shí)現(xiàn)，在instance函數(shù)里定義一個(gè)靜態(tài)的實(shí)例，也可以保證擁有唯一實(shí)例，在返回時(shí)只需要返回其指針就可以了。推薦這種實(shí)現(xiàn)方法，真得非常簡(jiǎn)單?！　　　?/p> class singleton { protected:singleton(){pthread_mutex_init(&mutex);} public:static pthread_mutex_t mutex;static singleton* initance();int a; };pthread_mutex_t singleton::mutex; singleton* singleton::initance() {pthread_mutex_lock(&mutex);static singleton obj;pthread_mutex_unlock(&mutex);return &obj; }

4、餓漢模式

　　簡(jiǎn)單的懶漢模式是線程不安全的，因此需要加鎖，但餓漢模式本來就是線程安全的，所以不用加鎖啦！原因很簡(jiǎn)單啊，因?yàn)榈念悓?shí)例創(chuàng)建（對(duì)象創(chuàng)建）放在類外啦，因此只有唯一的一個(gè)啦。

class singleton { protected:singleton(){} private:static singleton* p; public:static singleton* initance(); }; singleton* singleton::p = new singleton; singleton* singleton::initance() {return p; }

5、實(shí)際應(yīng)用

? ? 下面懶漢模式的代碼，也是我工程中常用的一種方法：

頭文件Singleton.h：

#ifndef _SINGLETON_H #define _SINGLETON_H #define PTHREAD_ON #ifdef PTHREAD_ON #include "pthread.h" #endif // PTHREAD_H #include <string> using namespace std; class singleton { private:singleton(string str);static singleton *p;//靜態(tài)成員變量不依賴于任何對(duì)象，需要在類外單獨(dú)分配空間。 public:~singleton();void fun(int a);static singleton* getInstance(string str);static pthread_mutex_t mtx;}; #endif

實(shí)現(xiàn)文件：Singleton.cpp

#include "Singleton.h" #include <iostream> using namespace std;pthread_mutex_t singleton::mtx; singleton* singleton::p = nullptr;//靜態(tài)成員變量不依賴于任何對(duì)象，需要在類外單獨(dú)分配空間。 singleton::singleton(string str) {printf("構(gòu)造函數(shù):%s\n",str.c_str());pthread_mutex_init(&mtx, 0); }singleton::~singleton() {printf("~析構(gòu)函數(shù)\n");if (mtx){printf("pthread_mutex_destroy\n");pthread_mutex_destroy(&mtx);}if (p){p = nullptr;} }void singleton::fun(int a) {printf("調(diào)用函數(shù)：fun,a=%d\n", a); }singleton* singleton::getInstance(string str) {printf("getInstance\n");if (p == NULL){pthread_mutex_lock(&mtx);//上鎖p = new singleton(str);//懶漢模式pthread_mutex_unlock(&mtx);//解鎖}return p; }

main.cpp主程序：

#include "Singleton.h"int main() {//singleton* singleton = new singleton();//構(gòu)成函數(shù)被聲明為私有，從而避免任意創(chuàng)建singleton* singleton1 = singleton::getInstance("Alian");singleton* singleton2 = singleton::getInstance("Blian");if (singleton1 == singleton2) {fprintf(stderr, "singleton1 = singleton2\n");printf("singleton1:%d\n", singleton1);printf("singleton2:%d\n", singleton2);}singleton1->fun(1);singleton2->fun(2);delete singleton1;singleton1 = nullptr;printf("main\n");return 0; }

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的C++实现线程安全的单例模式的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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