1. 程式人生 > >C++的單例模式與執行緒安全單例模式(懶漢/餓漢)

C++的單例模式與執行緒安全單例模式(懶漢/餓漢)

單例模式

    單例模式:是一種常用的軟體設計模式。在它的核心結構中只包含一個被稱為單例的特殊類。通過單例模式可以保證系統中一個類只有一個例項。即一個類只有一個物件例項。

  實現簡單的單例模式:建構函式宣告為private或protect防止被外部函式例項化,內部儲存一個private static的類指標儲存唯一的例項,例項的動作由一個public的類方法代勞,該方法也返回單例類唯一的例項。

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; }

該方法是執行緒不安全的,考慮兩個執行緒同時首次呼叫instance方法且同時檢測到p是NULL值,則兩個執行緒會同時構造一個例項給p,這是嚴重的錯誤!同時,這也不是單例的唯一實現!

懶漢與餓漢

  單例大約有兩種實現方法:懶漢與餓漢。

懶漢:故名思義,不到萬不得已就不會去例項化類,也就是說在第一次用到類例項的時候才會去例項化,所以上邊的經典方法被歸為懶漢實現;
餓漢:餓了肯定要飢不擇食。所以在單例類定義的時候就進行例項化。
  特點與選擇:

由於要進行執行緒同步,所以在訪問量比較大,或者可能訪問的執行緒比較多時,採用餓漢實現,可以實現更好的效能。這是以空間換時間。
在訪問量較小時,採用懶漢實現。這是以時間換空間。

執行緒安全的懶漢實現

  執行緒不安全,怎麼辦呢?最直觀的方法:加鎖。

方法1:加鎖的經典懶漢實現:

class singleton
{
protected:
    singleton()
    {
        pthread_mutex_init(&mutex);
    }
private:
    static singleton* p;
public:
    static pthread_mutex_t mutex;
    static
singleton* initance(); }; pthread_mutex_t singleton::mutex; 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:內部靜態變數的懶漢實現

  此方法也很容易實現,在instance函式裡定義一個靜態的例項,也可以保證擁有唯一例項,在返回時只需要返回其指標就可以了。  
  

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

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

餓漢實現
餓漢實現本來就是執行緒安全的。

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

singleton* singleton::p = new singleton;

singleton* singleton::initance()
{
    return p;
}