从 C++ 单例 pthread_once 到 double-check、volatile、memory barrier-优快云博客

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/github_20943023/article/details/39376747

本文探讨了C++中使用pthread_once实现单例时可能遇到的问题，包括double-check中的潜在风险，以及内存和缓存问题。引用的文章深入分析了指令乱序和缓存行带来的影响。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

pthread_once 确保一个被注册的子函数至多被执行一次：

#include <pthread.h>
#include <cassert>

using namespace std;

class Singleton
{
public:
  static
    Singleton *instance();
private:
  static
    Singleton *instance_;
  static
    pthread_once_t once;
  static
    void _instance();
  Singleton();
};

Singleton::Singleton()
{
};

Singleton *Singleton::instance_ = NULL;

void Singleton::_instance()
{
  assert(NULL == instance_);
  instance_ = new Singleton();
}

pthread_once_t Singleton::once = PTHREAD_ONCE_INIT;

Singleton *Singleton::instance()
{
  pthread_once(&once, Singleton::_instance);
  return instance_;
}

下面这段代码，看起来非常和谐的 double-check，what problem?

pthread_mutex_t singleton_mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

Singleton *Singleton::instance2()
{
  if (NULL == instance_) {
    pthread_mutex_lock(&singleton_mutex);
    if (NULL == instance_) {
      instance_ = new Singleton();
    }
    pthread_mutex_unlock(&singleton_mutex);
  }
  return instance_;
}

悲剧在于，由于实现机制的原因，可能存在这一种情况，instance_ 指针先被赋值，而后执行 initializer，在这个初始化完成之前，对于另一个线程而言，这个指针看起来指向一个被初始化过的对象，错误地使用了这个变量！

参考这篇文章：原子，锁，还有内存屏障主要讨论指令乱序导致的问题；而这篇：Linux 内核中的内存屏障讨论的是 cache line 导致的问题。

TO BE CONTINUED......