c++中的单例模式（singleton）和双检测锁（Double-Checked Locking）

最新推荐文章于 2024-04-30 00:27:35 发布

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本文讨论了懒汉式单例模式在多线程环境中的问题，即可能导致对象的多次创建。为解决此问题，介绍了双检测锁的概念，这是一种在C++中用于确保单例对象唯一创建的机制。通过在锁之外和之内各进行一次对象是否为空的检查，可以减少不必要的锁竞争，同时保证线程安全。最后，给出了修正后的懒汉单例模式代码示例。

懒汉式实现的单例模式
上文中给出的懒汉式实现的单例模式，在单线程中使用时完全没有问题的，但是在多线程中使用会存在多次对象多次创建的问题。

线程A进入getInstance方法，并进入到if判断，因为现在m_psl是空指针，这时刚好线程A时间片用完，开始切换到线程B，线程B也调用getInstance方法创建了一个对象
线程B时间片用完，切换到线程A，这时线程A从if判断成功之后的下不开始，又创建了一遍对象，这时已经两次创建对象了

为了解决这个问题需要使用双检测，详情可参考
C++ and the Perils of Double-Checked Locking
里面详细说明了双重检测的方法，和最终的解决方案。

要想解决上述懒汉单例模式中的问题，需要引入这个双重检测的功能，实现也只需将图中的代码在加锁的基础上，在添加一层检测

临界区（Critical Section）。临界区对象通过提供一个进程内所有线程必须
共享的对象来控制线程。只有拥有那个对象的线程可以访问保护资源。在另一个线
程可以访问该资源之前，前一个线程必须释放临界区对象，以便新的线程可以索取对象的访问权

最终实现效果如下

if (m_psl == NULL)
{
	// 这里线程开始资源竞争，只有一个线程能获取lock的资源
	lock();
	if (m_psl == NULL)
	{
		m_psl = new Singelton;
	}
	unlock();
}

说明：
lock里面判断一次，因为可能有多个线程在lock处等待，一个成功之后，会将m_psl设置为非空，这样下个线程就算拿到lock资源，再进去发现指针非空就离开了
lock外判断一次，是因为获取锁，是很浪费时间的，获取锁之外还有一层判断，那么在第二次获取单例对象的时候，lock外的if判断发现指针已经非空，就不会再获取锁了，直接返回了对应的对象，这样双层检测，即保证了对象创建的唯一性，又减少了获取锁浪费的时间和资源

不安全的单例模式代码：

#include <iostream>
using namespace std;


//懒汉式
class Singelton
{
private:
	Singelton()
	{
		cout << "Singelton 构造函数执行" << endl;
	}
public:
	static Singelton *getInstance()
	{
		if (m_psl == NULL)
		{
			m_psl = new Singelton;
		}
		return m_psl;
	}

	static void FreeInstance()
	{
		if (m_psl != NULL)
		{
			delete m_psl;
			m_psl = NULL; 
		}
	}

private:
	static Singelton *m_psl;
};

Singelton *Singelton::m_psl = NULL;


void main041()
{
	
	Singelton *p1 = Singelton::getInstance();
	Singelton *p2 = Singelton::getInstance();

	if (p1 == p2)
	{
		cout << "是同一个对象" << endl;
	}
	else
	{
		cout << "不是同一个对象" << endl;
	}
	Singelton::FreeInstance();

	
	return ;
}