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C++11实现线程安全的单例模式

2023-07-05 03:10:09 深夜i -- --

C++11 线程安全单例模式

单例模式是一种非常常见的设计模式，它能够确保一个类只有一个实例，并且提供全局访问。但是，在多线程环境下，单例模式可能出现线程安全问题。因此，需要对单例模式进行线程安全处理。C++11提供了一种方便的方法来实现线程安全的单例模式。

首先，我们来看一下单例模式的实现。通常情况下，我们使用静态变量来存储实例，并在需要的时候进行初始化。但是，这种实现方式对于多线程环境来说并不是线程安全的。如果多个线程同时调用getInstance()方法，就有可能创建多个实例。

因此，我们需要对getInstance()方法进行加锁，在同一时刻只能有一个线程获得实例。但是，传统的加锁方式可能会降低程序的性能，因为它需要不断地检查锁状态。C++11提供了一种更高效的加锁方式，即std::once_flag。

使用std::once_flag可以确保一个函数只会被执行一次。具体实现方式如下：


class Singleton {
public:
  static Singleton& getInstance()
    static Singleton instance;
    return instance;
  
private:
  Singleton() {}
  Singleton(const Singleton&);
  Singleton& operator=(const Singleton&);
};
// 使用std::once_flag确保getInstance()只会被执行一次
class ThreadSafeSingleton {
public:
  static ThreadSafeSingleton& getInstance()
    static ThreadSafeSingleton instance;
    return instance;
  
private:
  ThreadSafeSingleton() {}
  ThreadSafeSingleton(const ThreadSafeSingleton&);
  ThreadSafeSingleton& operator=(const ThreadSafeSingleton&);
};
class ThreadSafeSingleton {
public:
  static ThreadSafeSingleton& getInstance() {
    static std::once_flag flag;
    static ThreadSafeSingleton* instance = nullptr;
    // 使用std::call_once确保getInstance()只会被执行一次
    std::call_once(flag, []() {
      instance = new ThreadSafeSingleton();
    });
    return *instance;
  }
private:
  ThreadSafeSingleton() {}
  ThreadSafeSingleton(const ThreadSafeSingleton&);
  ThreadSafeSingleton& operator=(const ThreadSafeSingleton&);
};

可以看到，在ThreadSafeSingleton::getInstance()中，我们使用了std::once_flag来确保getInstance()只会被执行一次。我们创建了一个静态的std::once_flag对象flag和一个ThreadSafeSingleton对象指针instance，并在lambda表达式中对instance进行了初始化。

当多个线程调用getInstance()方法时，只有一个线程能够进入lambda表达式对instance进行初始化。其他线程会被阻塞，直到初始化完成后才能继续执行。

总的来说，使用std::once_flag可以很方便地实现线程安全的单例模式。与传统的加锁方式相比，它可以提高程序的性能，并且不容易出现死锁等问题。因此，在C++11中，建议使用std::once_flag来实现线程安全的单例模式。

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