先看一個(gè)最簡單的教科書式單例模式：

class CSingleton
{
public:
	static CSingleton* getInstance()
	{
		if (NULL == ps)
		{//tag1
			ps = new CSingleton;
		}
		return ps;
	}

private:
	CSingleton(){}
	CSingleton & operator=(const CSingleton &s);
	static CSingleton* ps;
};

CSingleton* CSingleton::ps = NULL;

有2個(gè)要點(diǎn)：

1.private的構(gòu)造函數(shù)和=操作符，用于防止類外的實(shí)例化和被復(fù)制；

2.static的類指針和get方法。

在大多數(shù)單線程情況下，以上代碼大都會(huì)運(yùn)行得很好，除非遇到中斷：

1.當(dāng)程序運(yùn)行到tag1 處觸發(fā)了中斷；
2.中斷處理程序恰調(diào)用的也是getInstance函數(shù)。

可想而知，這和多線程的情況類似，假設(shè)線程A 運(yùn)行到tag1處，還沒來得及new，此時(shí)ps仍然是NULL，線程B（或中斷處理程序） 同時(shí)也運(yùn)行到此通過if判斷，那么將會(huì)實(shí)例化2個(gè)CSingleton對(duì)象，顯然是不對(duì)的。

為了解決上述問題，自然而然，最容易想到也最常用的方法是加鎖，因此getInstance改成這樣：

	static CSingleton* getInstance()
	{
		lock();//偽代碼
		if (NULL == ps)
		{
			ps = new CSingleton;
		}
		return ps;
	}

加了鎖以后貌似解決了上述問題，但也同樣帶來了新的問題：如果程序到處是諸如：

CSingleton::instance()->aaaa();
CSingleton::instance()->bbbb();
CSingleton::instance()->cccc();

這樣的調(diào)用，除了第一次的lock()有用外，后面的都是在做無用功，lock()的代價(jià)說大不大，但在某些情況下還是會(huì)提高程序延遲，這對(duì)追求完美的程序猿來說是完全無法接受的。

于是乎，咱想出了一個(gè)辦法：

	static CSingleton* getInstance()
	{
		if (NULL == ps)//這里加了次判斷，只有第一次才會(huì)為true而調(diào)用lock()
		{
			lock();//偽代碼
			if (NULL == ps)
			{
				ps = new CSingleton;
			}
		}
		return ps;
	}

很久以后我才知道，這個(gè)方法有個(gè)很高大上的名字，叫做雙重檢查鎖定模式，簡稱DCLP(Double Checked Locking Pattern)。

DCLP很好地解決了多次調(diào)用不必要的lock()。

然而，你們以為這樣就完了？too young。。

DCLP在多線程下仍然存在2個(gè)根本問題：

1.程序的指令執(zhí)行順序不確定；
2.編譯器優(yōu)化問題。

先說2，在某些編譯器下，以上的兩個(gè)if判斷只會(huì)執(zhí)行一個(gè)，甚至一個(gè)都不執(zhí)行，原因是編譯器認(rèn)為至少有一個(gè)if判斷是多余的，它自動(dòng)幫助我們優(yōu)化了代碼。

再說1，ps = new CSingleton; 這條語句會(huì)被拆分為這樣的三個(gè)步驟執(zhí)行：

1.為要new的對(duì)象開辟一塊內(nèi)存；
2.構(gòu)造該對(duì)象，填入這塊內(nèi)存；
3.將ps指針指向這塊內(nèi)存。

以上三個(gè)步驟，2和3的順序是不確定的，可能先2后3，也可能先3后2。。。

實(shí)際執(zhí)行時(shí)可能是這樣的：

	static CSingleton* getInstance()
	{
		if (NULL == ps)
		{
			lock();//偽代碼
			if (NULL == ps)
			{    //偽代碼
				ps = xx;//step 3
				new sizeof(CSingleton);//step 1
				new CSingleton;//step 2
			}
		}
		return ps;
	}

如果編譯器按上述順序執(zhí)行代碼，考慮如下狀況：

線程A 執(zhí)行到step 1還未執(zhí)行后面的step 2，此時(shí)ps非空，但其指向的內(nèi)存里面的內(nèi)容還未被構(gòu)造出來，于此同時(shí)線程B 進(jìn)入這個(gè)函數(shù)，判斷ps非空直接返回ps，但是調(diào)用者此時(shí)訪問的ps內(nèi)存實(shí)際內(nèi)容CSingleton還沒被構(gòu)造呢，這是一塊地址正確大小正確但內(nèi)部數(shù)據(jù)不明的東西，當(dāng)然會(huì)出錯(cuò)(調(diào)用者一般這么調(diào)用:CSingleton::getInstance()->aa();  CSingleton::getInstance()->bb();  CSingleton::getInstance()->cc();........此時(shí)的aa,bb,cc是啥玩意兒？)。

這也是為什么加上volatile關(guān)鍵字仍然不可以解決同步問題，volatile只解決了編譯器優(yōu)化問題，卻無法控制機(jī)器指令執(zhí)行順序。

很遺憾的是，C/C++本身在設(shè)計(jì)時(shí)是不考慮多線程問題的，也就是說，要處理多線程問題還要程序猿自己想辦法填坑。。

說了這么多，我們要討論的問題仍然沒有解決，慶幸的是，C++ 11提供了內(nèi)存柵欄技術(shù)來解決這個(gè)問題，這里不贅述，有興趣的讀者可以自己搜索資料看看，不過是一些api調(diào)罷了。

那么，C++ 11 以前的代碼如何解決這個(gè)問題呢？很不幸，并沒有很好的解決方案，一種可行的方案是，程序中不要到處這么調(diào)用這個(gè)單例對(duì)象：

CSingleton::getInstance()->aa(); 
CSingleton::getInstance()->bb();
CSingleton::getInstance()->cc();

而是在程序開始就初始化緩存這個(gè)單例對(duì)象：

CSingleton* const g_ps = CSingleton::getInstance();//程序一開始就緩存這個(gè)單例對(duì)象
g_ps->aa();
g_ps->bb();
g_ps->cc();

但是如此帶來的問題是程序一開始就實(shí)例化了這個(gè)單例對(duì)象，對(duì)象在整個(gè)程序的聲明周期存在，這貌似叫餓漢式，而之前那種叫懶漢式，孰輕孰重，只有根據(jù)實(shí)際情況取舍了。

以上就是小編為大家?guī)淼膹腃++單例模式到線程安全詳解全部內(nèi)容了，希望大家多多支持腳本之家~

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