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C++线程安全单例设计

2023-07-03 19:57:34 深夜i -- --

C++ 线程安全单例设计

单例模式是一种常用的设计模式，它在整个应用程序中保证只创建一次对象，从而实现资源共享和节省内存等多种优点。但是，在多线程场景下使用单例模式时，需要考虑线程安全的问题，否则可能会引起无法预料的错误。

C++是一门支持多线程的编程语言，在C++中实现线程安全的单例模式需要了解一些基础知识和技巧。下面介绍一种常用的C++线程安全单例设计方法：

1. 给单例类添加一个静态的互斥锁变量。


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

在这个例子中，我们使用一个静态的互斥锁来保证getInstance()函数的线程安全性。互斥锁被称为“互斥器”，主要用来协调多个线程对共享资源的访问。当一个线程访问资源时，会对该资源上锁，其他线程必须等待该线程（或其他已上锁的线程）解锁后才能访问该资源。

2. 定义一个静态的指针变量，并在getInstance()函数中创建对象。


// 定义静态变量并初始化为nullptr
Singleton* Singleton::m_instance = nullptr;
std::mutex Singleton::m_mutex;
// 在getInstance()函数中创建对象
Singleton* Singleton::getInstance() {
  if (m_instance == nullptr) {
    std::lock_guard<std::mutex> lock(m_mutex);
    if (m_instance == nullptr) {
      m_instance = new Singleton();
    }
  }
  return m_instance;
}

在C++中，静态变量只能在类的定义外部实现，因此我们在类定义后面定义了一个静态变量，并将其初始化为nullptr。在getInstance()函数中，我们首先检查m_instance是否为nullptr，如果是，则使用std::lock_guard对m_mutex上锁，然后再次检查m_instance是否为nullptr，如果仍然是，则创建一个Singleton对象并将其赋值给m_instance。

3. 将Singleton的构造函数和析构函数声明为private。


class Singleton {
public:
  static Singleton* getInstance();
  // ...
private:
  Singleton();
  ~Singleton();
  static Singleton* m_instance;
  static std::mutex m_mutex;
};

将构造函数和析构函数声明为private，可以确保外部无法直接调用它们，因此不能通过创建新的对象来破坏Singleton的单例特性。

通过上述方法实现C++线程安全的单例模式，可以避免多线程并发访问的冲突和竞争问题，保证了程序的正确性和可靠性，为多线程编程提供了一种可靠的解决方案。

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