C++并发与多线程学习笔记--单例设计模式、共享数据分析-白红宇

C++并发与多线程学习笔记--单例设计模式、共享数据分析

阅读量：454 次

发布时间：2019-03-06

本文共 1840 字，大约阅读时间需要 6 分钟。

单例设计模式

在C++程序中，单例模式是一个常见的设计模式。它的核心思想是确保某一类只有一个实例被创建，并且可以从整个程序中访问。这种设计模式通过私有化构造函数和静态成员变量来实现，避免了多次创建同一类实例的可能性。

class MyCAS {private:    MyCAS() {};//构造函数私有化，无法直接创建对象private:    static MyCAS *m_instance;public:    static MyCAS *GetInstance() {    if (m_instance == nullptr) {        m_instance = new MyCAS();    }    return m_instance;}}

在程序启动时，可以在全局范围内初始化静态成员变量：

MyCAS *MyCAS::m_instance = nullptr;

在需要使用单例类时，通过Singleton模式获取实例：

MyCAS *p_a = MyCAS::GetInstance();

即使有多个线程调用GetInstance()，也只会返回同一个唯一实例。

为了确保在程序退出时释放资源，可以使用辅助类实现自动释放：

class GarRelease {public:    ~GarRelease() {        if (MyCAS::m_instance) {            delete MyCAS::m_instance;            MyCAS::m_instance = nullptr;        }    }}

在Singleton类中嵌入该释放逻辑：

static MyCAS *GetInstance() {    std::unique_lock lock(mymutex);    if (m_instance == nullptr) {        m_instance = new MyCAS();        static GarRelease release;    }    return m_instance;}

这样可以确保在多线程环境下也能正确管理单例对象的生命周期。

共享数据分析

在单例模式中，一个常见的问题是如何在多线程环境下安全地初始化和共享数据。当数据是只读时，可以避免使用互斥锁，但在需要初始化时仍需确保线程安全。

如果多个线程同时调用Singleton的GetInstance()，为了防止多次初始化，可以在Singleton类中使用互斥锁：

static MyCAS *GetInstance() {    std::unique_lock lock(mymutex);    if (m_instance == nullptr) {        m_instance = new MyCAS();        static GarRelease release;    }    return m_instance;}

这样可以防止多个线程同时进入Singleton的初始化逻辑，确保数据共享的安全性。

call_once

C++11引入了std::call_once函数，用于确保某个函数只被调用一次。这在处理共享资源时非常有用，特别是在多线程环境中。call_once函数结合一个标记（如std::once_flag）来实现其功能。

使用call_once可以避免重复初始化共享资源，并且比传统的互斥锁更高效。在Singleton类中，可以将初始化逻辑包裹在一个调用call_once的函数中：

class MyCAS {public:    static void CreateInstance() {        m_instance = new MyCAS();        static GarRelease release;    }    static MyCAS *GetInstance() {        std::call_once(g_flag, CreateInstance);        return m_instance;}}

这样，多个线程同时调用GetInstance()时，只有一个线程会执行CreateInstance()，其他线程会直接返回已有的实例。这种方式比传统的互斥锁更高效，且代码更简洁。

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