Singleton<T>单例模式,不用Lock的实现版本,限制条件是:被单例的类 必须有一个无参构造函数...

本文介绍了一种使用C#实现的线程安全单例模式方法。通过内部静态类实现延迟加载,有效避免了资源浪费。该实现既保证了单例特性又提高了程序效率。

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    /// <summary>
    /// 单例模式
    /// </summary>
    public sealed class Singleton<T> where T:new()
    {
        private Singleton() { }//防止new对象
        public static T Instance
        {
            get { return SingletonCreator.instance; }//延迟加载
        }
        internal class SingletonCreator
        {
            static SingletonCreator() { }
            internal static readonly T instance = new T();
        }
    }


调用方法  

你的类  obj=Singleton<你的类>.Instance;

转载于:https://www.cnblogs.com/HCCZX/archive/2012/07/25/2608684.html

<think>好的,用户让我分析一个使用模板实现单例模式,特别是其中std::lock_guard的作用。之前用户已经问过关于lock_guard的问题,所以可能对多线程同步有一定了解。现在这个Singleton实现涉及到双重检查锁定模式(Double-Checked Locking Pattern),我需要详细解释代码结构和工作原理。 首先,用户可能想知道这个单例模式的线程安全性,以及为什么要用双重检查。需要解释instance是否为nullptr的两次检查,以及lock_guard如何在这里确保线程安全。同时,用户可能对静态成员变量instance和mutex_的初始化有疑问,特别是模板的静态成员初始化方式。 另外,用户提供的代码中,构造函数和析构函数是protected,这意味着派生可以继承,但外部无法直接实化。需要指出这一点,并说明拷贝构造和赋值运算符被删除的原因,以防止复制实。 在分析getInstance函数时,第一次检查instance是否为空是为了避免每次调用都加锁,提高性能。当instance确实为空时,才进入加锁区域,再次检查instance是否为空,防止多个线程同时通过第一次检查后重复创建实。这里的lock_guard确保了在锁范围内的操作是线程安全的,即使有多个线程同时通过第一次检查,锁也会序列化它们的执行,保证只有一个线程创建实。 还需要注意C++11之后的内存模型问题,双重检查锁定在某些情况下可能因为指令重排导致问题,但在C++11中,使用std::mutex和lock_guard已经提供了必要的内存屏障,确保正确性。不过,用户可能没有提到C++11版本,所以是否需要提醒这一点呢?或者假设代码在C++11及以上环境运行。 此外,模板的静态成员变量在外初始化的语法需要解释,特别是template<typename T> T* Singleton<T>::instance = nullptr; 这部分,确保用户理解静态成员在模板中的定义方式。 可能用户没有考虑到异常安全的问题,但在当前实现中,new T()如果抛出异常,锁会被正确释放,因为lock_guard在离开作用域时会解锁,所以其他线程可以再次尝试获取锁。不过代码中并没有处理这种情况,可能需要指出,或者用户可能认为这是调用者的责任。 最后,用户可能希望知道这种实现的优缺点,比如是否懒加载、线程安全性、可能的性能影响,以及是否有更好的替代方案(如C++11之后的局部静态变量实现,或使用std::call_once)。需要比较这些方法,但用户的问题主要是介绍当前代码,所以可能需要简要提到替代方案,但重点放在当前实现的分析上。 总结一下,回答需要覆盖以下几点: 1. 单例模式的基本概念和用途。 2. 双重检查锁定模式的原理及其必要性。 3. std::lock_guard在确保线程安全中的作用。 4. 删除拷贝构造和赋值运算符的原因。 5. 静态成员变量的初始化和生命周期管理。 6. 可能的改进或替代实现方式。 7. 注意事项,如异常安全、内存屏障等。 需要确保解释清晰,结构分明,逐步引导用户理解代码的每个部分,同时指出潜在的问题和最佳实践。</think>以下分步解析线程安全的模板单例模式实现: $$ 结构解析 $$ 1. **模板定义** ```cpp template <typename T> class Singleton { // ... }; ``` - 支持任意型`T`的单化 2. **访问控制** ```cpp protected: Singleton() = default; virtual ~Singleton() = default; ``` - 构造函数设为`protected`,允许派生继承 - 虚析构函数确保正确释放派生资源 $$ 核心方法分析 $$ 3. **双重检查锁定模式** ```cpp static T* getInstance() { if (instance == nullptr) { // 第一重检查:无锁快速路径 std::lock_guard<std::mutex> lock(mutex_); if (instance == nullptr) { // 第二重检查:加锁后验证 instance = new T(); } } return instance; } ``` - **性能优化**:首次检查避免每次调用都加锁 - **线程安全**:加锁后二次检查防止竞态条件 $$ 线程安全机制 $$ 4. **互斥量控制** ```cpp static std::mutex mutex_; ``` - 静态互斥量保护实创建过程 - `std::lock_guard`实现自动加锁/解锁: $$作用域进入时$$ - 构造时立即锁定`mutex_` $$作用域退出时$$ - 析构时自动释放`mutex_` $$ 内存管理 $$ 5. **静态成员初始化** ```cpp template <typename T> T* Singleton<T>::instance = nullptr; template <typename T> std::mutex Singleton<T>::mutex_; ``` - 模板的静态成员需在外显式初始化 - 互斥量默认构造即处于未锁定状态 $$ 防拷贝机制 $$ 6. **禁用复制语义** ```cpp Singleton(const Singleton&) = delete; Singleton& operator=(const Singleton&) = delete; ``` - 删除拷贝构造和赋值运算符 - 确保单的唯一性 $$ 典型使用示 $$ ```cpp class Logger : public Singleton<Logger> { public: void log(const std::string& msg) { /* 日志实现 */ } }; // 线程安全调用 Logger::getInstance()->log("System started"); ``` $$ 潜在改进方向 $$ - **内存释放**:可添加`destroyInstance()`方法控制释放时机 - **C++11特性**:使用`std::call_once`替代双重检查锁定 - **局部静态变量**(C++11起线程安全): ```cpp static T& getInstance() { static T instance; return instance; } ``` $$ 注意事项 $$ 1. **继承要求**:派生必须将基声明为友元以访问protected构造函数 ```cpp class MyClass : public Singleton<MyClass> { friend class Singleton<MyClass>; // ... }; ``` 2. **初始化顺序**:确保首次调用`getInstance()`前不访问其他静态成员 3. **异常处理**:`new T()`可能抛出异常,需确保构造过程的异常安全性 该实现通过模板化和双重检查锁定,在保证线程安全的同时兼顾性能,适用于需要延迟初始化且跨线程访问的场景。
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