C++的单例模式与线程安全单例模式（懒汉/饿汉）

Posted 2020-08-07

1 教科书里的单例模式

　　我们都很清楚一个简单的单例模式该怎样去实现：构造函数声明为private或protect防止被外部函数实例化，内部保存一个private static的类指针保存唯一的实例，实例的动作由一个public的类方法代劳，该方法也返回单例类唯一的实例。

　　上代码：　　

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;
}

　　这是一个很棒的实现，简单易懂。但这是一个完美的实现吗？不！该方法是线程不安全的，考虑两个线程同时首次调用instance方法且同时检测到p是NULL值，则两个线程会同时构造一个实例给p，这是严重的错误！同时，这也不是单例的唯一实现！

2 懒汉与饿汉

　　单例大约有两种实现方法：懒汉与饿汉。

• • 懒汉：故名思义，不到万不得已就不会去实例化类，也就是说在第一次用到类实例的时候才会去实例化，所以上边的经典方法被归为懒汉实现；
  • 饿汉：饿了肯定要饥不择食。所以在单例类定义的时候就进行实例化。

　　特点与选择：

• • 由于要进行线程同步，所以在访问量比较大，或者可能访问的线程比较多时，采用饿汉实现，可以实现更好的性能。这是以空间换时间。
  • 在访问量较小时，采用懒汉实现。这是以时间换空间。

3 线程安全的懒汉实现

　　线程不安全，怎么办呢？最直观的方法：加锁。

• 方法1：加锁的经典懒汉实现：

class singleton
{
protected:
	singleton()
	{
		pthread_mutex_init(&mutex);
	}	
private:
	static singleton* p;
public:
	pthread_mutex_t mutex;
	static singleton* initance();
};
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：内部静态变量的懒汉实现

　　此方法也很容易实现，在instance函数里定义一个静态的实例，也可以保证拥有唯一实例，在返回时只需要返回其指针就可以了。推荐这种实现方法，真得非常简单。　　　　

class singleton
{
protected:
	singleton()
	{
		pthread_mutex_init(&mutex);
	}
public:
	pthread_mutex_t mutex;
	static singleton* initance();
	int a;
};

singleton* singleton::initance()
{
	pthread_mutex_lock(&mutex);
	static singleton obj;
	pthread_mutex_unlock(&mutex);
	return &obj;
}

4 饿汉实现

　　为什么我不讲“线程安全的饿汉实现”？因为饿汉实现本来就是线程安全的，不用加锁。为啥？自己想！

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

　　是不是特别简单呢？

　　以空间换时间，你说简单不简单？

　　面试的时候，线程安全的单例模式怎么写？肯定怎么简单怎么写呀！饿汉模式反而最懒[正经脸]！