使用设计模式中的单例模式来实现C++的boost库
线程安全的单例模式 需要用锁,来保证其线程安全性:原因:多个线程可能进入判断是否已经存在实例的if语句,从而non thread safety。 使用double-check来保证thread safety。但是如果处理大量数据时,该锁才成为严重的性能瓶颈。 1、静态成员实例的懒汉模式: class Singleton { private: static Singleton* m_instance; Singleton(){} public: static Singleton* getInstance(); }; Singleton* Singleton::getInstance() { if(NULL == m_instance) { Lock(); //借用其它类来实现,如boost if(NULL == m_instance) { m_instance = new Singleton; } UnLock(); } return m_instance; } 2、内部静态实例的懒汉模式 这里需要注意的是,C++0X以后,要求编译器保证内部静态变量的线程安全性,可以不加锁。但C++ 0X以前,仍需要加锁。 class SingletonInside { private: SingletonInside(){} public: static SingletonInside* getInstance() { Lock(); // not needed after C++0x static SingletonInside instance; UnLock(); // not needed after C++0x return instance; } }; 二、饿汉模式:即无论是否调用该类的实例,在程序开始时就会产生一个该类的实例,并在以后仅返回此实例。 由静态初始化实例保证其线程安全性,WHY?因为静态实例初始化在程序开始时进入主函数之前就由主线程以单线程方式完成了初始化,不必担心多线程问题。 故在性能需求较高时,应使用这种模式,避免频繁的锁争夺。 class SingletonStatic { private: static const SingletonStatic* m_instance; SingletonStatic(){} public: static const SingletonStatic* getInstance() { return m_instance; } }; //外部初始化 before invoke main const SingletonStatic* SingletonStatic::m_instance = new SingletonStatic;
单例本来是个很简单的模式,实现上应该也是很简单,但C++单例的简单实现会有一些坑,有了上面线程安全的基础,下面来看看为了避免这些坑怎样一步步演化到boost库的实现方式。 方案一 class QMManager { public: static QMManager &instance() { static QMManager instance_; return instance_; } } 这是最简单的版本,在单线程下(或者是C++0X下)是没任何问题的,但在多线程下就不行了,因为static QMManager instance_;这句话不是线程安全的。 static QMManager &instance() { static bool constructed = false; static uninitialized QMManager instance_; if (!constructed) { constructed = true; new(&s) QMManager; //construct it } return instance_; } 这里有竞争条件,两个线程同时调用instance()时,一个线程运行到if语句进入后还没设constructed值,此时切换到另一线程,constructed值还是false,同样进入到if语句里初始化变量,两个线程都执行了这个单例类的初始化,就不再是单例了。 方案二 static QMManager &instance() { Lock(); //锁自己实现 static QMManager instance_; UnLock(); return instance_; } 但这样每次调用instance()都要加锁解锁,代价略大。 方案三 class QMManager { protected: static QMManager instance_; QMManager(); ~QMManager(){}; public: static QMManager *instance() { return &instance_; } void do_something(); }; QMManager QMManager::instance_; //外部初始化 这被称为饿汉模式,程序一加载就初始化,不管有没有调用到。 //.h class QMManager { protected: static QMManager instance_; QMManager(); ~QMManager(){}; public: static QMManager *instance() { return &instance_; } }; class QMSqlite { protected: static QMSqlite instance_; QMSqlite(); ~QMSqlite(){}; public: static QMSqlite *instance() { return &instance_; } void do_something(); }; QMManager QMManager::instance_; QMSqlite QMSqlite::instance_; //.cpp QMManager::QMManager() { printf("QMManager constructorn"); QMSqlite::instance()->do_something(); } QMSqlite::QMSqlite() { printf("QMSqlite constructorn"); } void QMSqlite::do_something() { printf("QMSqlite do_somethingn"); } 这里QMManager的构造函数调用了QMSqlite的instance函数,但此时QMSqlite::instance_可能还没有初始化。 QMManager constructor QMSqlite do_something QMSqlite constructor 方案四 //.h class QMManager { protected: struct object_creator { object_creator() { QMManager::instance(); } inline void do_nothing() const {} }; static object_creator create_object_; QMManager(); ~QMManager(){}; public: static QMManager *instance() { static QMManager instance; return &instance; } }; QMManager::object_creator QMManager::create_object_; class QMSqlite { protected: QMSqlite(); ~QMSqlite(){}; struct object_creator { object_creator() { QMSqlite::instance(); } inline void do_nothing() const {} }; static object_creator create_object_; public: static QMSqlite *instance() { static QMSqlite instance; return &instance; } void do_something(); }; QMManager::object_creator QMManager::create_object_; QMSqlite::object_creator QMSqlite::create_object_; 结合方案3的.cpp,这下可以看到正确的输出和调用了: QMManager constructor QMSqlite constructor QMSqlite do_something 来看看这里的执行流程: 最终boost template <typename T> struct Singleton { struct object_creator { object_creator(){ Singleton<T>::instance(); } inline void do_nothing()const {} }; static object_creator create_object; public: typedef T object_type; static object_type& instance() { static object_type obj; //据说这个do_nothing是确保create_object构造函数被调用 //这跟模板的编译有关 create_object.do_nothing(); return obj; } }; template <typename T> typename Singleton<T>::object_creator Singleton<T>::create_object; class QMManager { protected: QMManager(); ~QMManager(){}; friend class Singleton<QMManager>; public: void do_something(){}; }; int main() { Singleton<QMManager>::instance()->do_something(); return 0; } 其实Boost库这样的实现像打了几个补丁,用了一些奇技淫巧,虽然确实绕过了坑实现了需求,但感觉挺不好的。 (编辑:李大同) 【声明】本站内容均来自网络,其相关言论仅代表作者个人观点,不代表本站立场。若无意侵犯到您的权利,请及时与联系站长删除相关内容! |