C++的單例模式與線程安全單例模式（懶漢/餓漢）

1 教科書裏的單例模式

　　咱們都很清楚一個簡單的單例模式該怎樣去實現：構造函數聲明爲private或protect防止被外部函數實例化，內部保存一個private static的類指針保存惟一的實例，實例的動做由一個public的類方法代勞，該方法也返回單例類惟一的實例。

　　上代碼：　　

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;
}

　　這是一個很棒的實現，簡單易懂。但這是一個完美的實現嗎？不！該方法是線程不安全的，考慮兩個線程同時首次調用instance方法且同時檢測到p是NULL值，則兩個線程會同時構造一個實例給p，這是嚴重的錯誤！同時，這也不是單例的惟一實現！

2 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實例化類，也就是說在第一次用到類實例的時候纔會去實例化，因此上邊的經典方法被歸爲懶漢實現；
  • 餓漢：餓了確定要飢不擇食。因此在單例類定義的時候就進行實例化。

　　特色與選擇：

• • 因爲要進行線程同步，因此在訪問量比較大，或者可能訪問的線程比較多時，採用餓漢實現，能夠實現更好的性能。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。

3 線程安全的懶漢實現

　　線程不安全，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：內部靜態變量的懶漢實現

　　此方法也很容易實現，在instance函數裏定義一個靜態的實例，也能夠保證擁有惟一實例，在返回時只須要返回其指針就能夠了。推薦這種實現方法，真得很是簡單。　　　　

 

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;
}

 

4 餓漢實現

　　爲何我不講「線程安全的餓漢實現」？由於餓漢實現原本就是線程安全的，不用加鎖。爲啥？本身想！

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

　　是否是特別簡單呢？

　　以空間換時間，你說簡單不簡單？

　　面試的時候，線程安全的單例模式怎麼寫？確定怎麼簡單怎麼寫呀！餓漢模式反而最懶[正經臉]！