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C++线程安全单例模式实现

2023-06-29 20:29:41 深夜i -- --

C++ 线程安全单例模式实现

在多线程编程中，单例模式是一种非常常见的设计模式，它可以保证在整个程序中只存在唯一的实例，从而避免一些由于对象的重复创建和管理而带来的问题。但是在多线程环境下，单例模式需要保证线程安全才能保证正常工作。在本文中，我们将介绍如何使用C++语言实现线程安全的单例模式。

1. 懒汉式线程安全单例模式

懒汉式单例模式指的是，在需要使用单例对象时才会创建对象的方法。对于一个单例模式的实现，我们可以使用指针变量来记录对象，当需要使用对象时，判断指针是否为空，如果为空，则创建对象并将对象地址赋给指针变量。在单线程环境下，这种方式是非常安全和可行的，但是在多线程环境下，可能会出现两个线程同时判断指针为空的情况，从而两个线程同时创建了对象，导致产生多个对象从而破坏了单例的约束。

为了避免上述问题，我们可以在函数内部添加锁机制，确保在同一时刻只有一个线程能够创建对象，如下代码所示：


class Singleton{
 private:
  static Singleton* pInstance;
  static std::mutex mutex_;
 public:
  static Singleton* getInstance(){
    if (pInstance == nullptr){
      std::lock_guard<std::mutex> lock(mutex_);
      if (pInstance == nullptr){
        pInstance = new Singleton();
      }
    }
    return pInstance;
  } 
};

在上述代码中，我们使用了`mutex_`互斥锁来保证在同步块中只能有一个线程进行创建。由于C++11开始支持了锁语法，因此我们可以直接使用`std::mutex`类型的锁来进行互斥操作，同时使用`lock_guard`自动锁定和解锁，从而避免忘记解锁的错误。

2. 饿汉式线程安全单例模式

在饿汉式单例模式中，单例对象是在程序启动时就进行初始化的，这种方式避免了线程安全问题，因为对象只有一个，并且在多线程环境下也没有竞争的问题。

下面是饿汉式线程安全单例模式的代码实现：


class Singleton{
 private:
  static Singleton* pInstance;
  Singleton()
    //构造函数被设为私有
 public:
  static Singleton* getInstance()
    return pInstance;
  
};
Singleton* Singleton::pInstance = new Singleton();

在上述代码中，我们将构造函数设为private，确保外部无法调用构造函数来进行创建对象。同时，我们直接在类声明外部进行了单例对象的初始化，因此对象只有一个，而且在多线程环境下也不会存在竞争的问题。

3. 总结

本文介绍了如何使用C++语言实现线程安全的单例模式，包括懒汉式和饿汉式两种实现方式。通过加锁机制来保证只有一个线程能够创建对象，或是在程序启动时就进行对象的初始化，从而避免多个线程同时创建对象的问题。在实际编程过程中，根据具体需求和场景选择适合的实现方式是非常重要的。

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