如何优雅地实现全局唯一？深入理解单例模式
一、什么是单例模式？
单例模式是一种创建型设计模式，旨在确保一个类只有一个实例，并为该实例提供全局访问点，从而避免全局变量的命名污染，并支持延迟初始化Wikipedia。
关键点:
- 私有构造函数（禁止外部
new创建） - 静态私有实例变量
- 静态公有获取方法
二、C++实现示例
#include<iostream>
using namespace std;
#if 0
// 饿汉模式 -> 定义类的时候创建单例对象
// 在多线程的场景下没用线程安全问题
// 线程安全：多线程同时访问单例模式
// 定义一个单例模式的任务队列
class TaskQueue
{
public:
TaskQueue(const TaskQueue & t) = delete;
TaskQueue& operator =(const TaskQueue& t) = delete;
static TaskQueue *getInstance()
{
return m_taskQ;
}
void print()
{
cout<<"我是单例对象的一个成员函数..."<<endl;
}
private:
TaskQueue() = default;
// 只能通过类名访问静态成员属性或方法
static TaskQueue* m_taskQ;
};
TaskQueue* TaskQueue::m_taskQ = new TaskQueue;
#endif
#if 1
// 懒汉模式 -> 什么时候使用这个单例，再使用的时候再去创建对应的实例
// 在多线程的场景下可能存在线程安全问题
// 加互斥锁，让线程依次访问单例对象
// 比较节省内存空间
class TaskQueue
{
public:
TaskQueue(const TaskQueue & t) = delete;
TaskQueue& operator =(const TaskQueue& t) = delete;
static TaskQueue *getInstance()
{
if(m_taskQ == nullptr)
{
m_taskQ = new TaskQueue;
}
return m_taskQ;
}
void print()
{
cout<<"我是单例对象的一个成员函数..."<<endl;
}
private:
TaskQueue() = default;
//只能通过类名访问静态成员属性或方法
static TaskQueue* m_taskQ;
};
TaskQueue* TaskQueue::m_taskQ = nullptr;
#endif
int main()
{
TaskQueue* taskQ = TaskQueue::getInstance();
taskQ->print();
return 0;
}
懒汉模式使用双重检查锁定解决线程安全问题
问题原因：
多线程调用懒汉模式getInstance()，就会创建出多个TaskQueue的实例，违背单例模式的定义，所谓的单例就是只能有唯一的一个单例对象
解决方法：
1、互斥锁解决线程安全问题
互斥锁：避免同时访问，按顺序依次访问
使用原子变量解决双重检查的问题：
//互斥锁头文件
#include<mutex>
...
mutex TaskQueue::m_mutex;
...
static mutex m_mutex;
...
static TaskQueue *getInstance()
{
if(m_taskQ == nullptr)//第一次检查
{
//进行加锁操作
m_mutex.lock();
if(m_taskQ == nullptr)//第二次检查
{
m_taskQ = new TaskQueue;
}
//进行解锁操作 *注意*一个程序加锁之后一定要解锁，否则导致死锁
m_mutex.unlock();
}
return m_taskQ;
}
...
使用原子变量解决双重检查的问题
//原子变量头文件
#include<atomic>
...
atomic<TaskQueue*> TaskQueue::m_taskQ = nullptr; //初始化
...
static atomic<TaskQueue*>m_taskQ;
...
static TaskQueue *getInstance()
{
TaskQueue* task = m_taskQ.load();
if(task == nullptr)
{
m_mutex.lock();
task = m_taskQ.load();//通过原子变量加载实例化指针
if(task == nullptr)
{
task = new TaskQueue;
m_taskQ.store(task);
}
m_mutex.unlock();
}
return task;
}
...
2、局部静态对象解决线程安全问题
// 使用静态的局部对象解决线程安全问题 ->编译器支持C++11
...
class TaskQueue
{
public:
TaskQueue(const TaskQueue & t) = delete;
TaskQueue& operator =(const TaskQueue& t) = delete;
static TaskQueue *getInstance()
{
static TaskQueue task;
return &task;
}
void print()
{
cout<<"我是单例对象的一个成员函数..."<<endl;
}
private:
TaskQueue() = default;
};
...
