c語言設(shè)計模式之單例模式中的餓漢與懶漢詳解
設(shè)計模式
設(shè)計模式是一套反復(fù)使用、多人知曉、經(jīng)過分類的代碼設(shè)計經(jīng)驗的總結(jié)。
如單例模式、工廠模式、觀察者模式等等。
單例模式
單例模式是指一個類只能創(chuàng)建一個對象,保證系統(tǒng)中該類只有一個實例,并提供一個可供訪問的全局訪問點,該實例被所有程序模塊共享,其中單例模式又分為了餓漢模式和懶漢模式兩種實現(xiàn)方式。
應(yīng)用
- 需要頻繁實例化然后銷毀的對象。
- 創(chuàng)建對象時耗時過多或者耗資源過多,但又經(jīng)常用到的對象。
- 有狀態(tài)的工具類對象。
- 頻繁訪問數(shù)據(jù)庫或文件的對象。
資源共享:
避免由于資源操作時導(dǎo)致的性能或損耗等。如日志文件,應(yīng)用配置等...
控制資源:
方便資源之間的互相通信。如線程池等...
實現(xiàn)
基本思想:
構(gòu)造函數(shù)為private私有屬性全局唯一公共訪問點來創(chuàng)建對象,函數(shù)為public屬性為了使用方便增加一個GC輔助類來釋放資源
餓漢模式
餓漢顧名思義就是很饑餓,迫不及待想吃東西,所以這種實現(xiàn)方式就是:無論以后對象會不會用到,程序一啟動時就創(chuàng)建一個唯一的實例對象
- 優(yōu)點:簡單,線程安全
- 缺點:可能導(dǎo)致進程啟動慢、多個單例對象實例啟動順序不可控
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1 #include <iostream> using namespace std; class Singleton { public: //提供靜態(tài)公有方法,可以類名加域名訪問,返回對象指針 static Singleton* GetInstance() { return m_instance; } class GCarbo { public: ~GCarbo() { cout << "delete instance" << endl; if (nullptr != m_instance){ delete Singleton::m_instance; m_instance = nullptr; } } }; private: //構(gòu)造函數(shù)私有 Singleton(){ cout << "Singleton" << endl; }; //防拷貝 //C++98 //Singleton(Singleton const&); //Singleton& operator=(Singleton const&); //C++11 Singleton(Singleton const&) = delete; Singleton& operator=(Singleton const&) = delete; static Singleton *m_instance; static GCarbo Carbo; }; //在程序入口之前完成單例對象的初始化 Singleton* Singleton::m_instance = new Singleton; Singleton::GCarbo Carbo; int main() { cout << "main begin" << endl; //均無法創(chuàng)建實例 //Singleton s; //Singleton* p = new Singleton; //調(diào)用共有靜態(tài)成員方法 Singleton* p1= Singleton::GetInstance(); Singleton* p2 = Singleton::GetInstance(); if (p1 == p2){ cout << "yes" << endl; } else{ cout << "no" << endl; } system("pause"); return 0; }
運行結(jié)果:
整個程序運行過程中只調(diào)用了一次構(gòu)造函數(shù),并且兩個對象為同一個對象,程序結(jié)束后自動銷毀對象
懶漢模式
相反,懶漢模式就是已經(jīng)懶到極致了,單例實例當(dāng)首次被引用時才將進行初始化,盡量使資源的利用最大化。如最常見的晚綁定、寫時拷貝技術(shù)都是這種實現(xiàn)方式。
- 優(yōu)點:進程啟動無負載,多個單例實例啟動順序可控制
- 缺點:復(fù)雜,線程不安全
但是這里要注意一點,不同于餓漢模式GetInstance全局公共訪問點僅僅返回一個類對象的指針,因為我們并沒有在類外實例化對象,所以我們要對對象的實例化進行判斷,沒有對象時才能創(chuàng)建一個對象
static Singleton* GetInstance() { if (nullptr == m_instance){ m_instance = new Singleton(); } return m_instance; }
完整代碼如下:
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1 #include <iostream> using namespace std; class Singleton { public: static Singleton* GetInstance() { if (nullptr == m_instance){ m_instance = new Singleton(); } return m_instance; } //內(nèi)嵌垃圾回收類 class CGarbo{ public: ~CGarbo(){ cout << "delete instance" << endl; if (nullptr != Singleton::m_instance){ delete Singleton::m_instance; m_instance = nullptr; } } }; //定義一個靜態(tài)成員變量,程序結(jié)束后自動調(diào)用其析構(gòu)函數(shù)釋放單例對象 static CGarbo Garbo; private: //構(gòu)造函數(shù)私有 Singleton() { printf("Singleton\n"); }; //防拷貝 Singleton(Singleton const&); Singleton& operator=(Singleton const&); //單例對象指針 static Singleton* m_instance; }; Singleton* Singleton::m_instance = nullptr; Singleton::CGarbo Garbo; int main() { cout << "main begin" << endl; cout << Singleton::GetInstance() << endl; cout << Singleton::GetInstance() << endl; system("pause"); return 0; }
運行結(jié)果:
這樣寫看似就可以了,兩個實例也創(chuàng)建了相同的對象,真的就可以了嘛?答案是否定的,現(xiàn)在我們在多線程環(huán)境下在對這段代碼進行演示
我們發(fā)現(xiàn),兩個線程竟然創(chuàng)建了兩個不同的對象出來,這顯然不符合我們單例模式的要求,為什么會出現(xiàn)這種原因呢,假如第一個線程剛剛判斷完 m_instance 為 nullptr 開始創(chuàng)建對象,對象還未創(chuàng)建完成,第二個線程也開始判斷,此時對象未創(chuàng)建完成,條件滿足,也會繼續(xù)執(zhí)行對象創(chuàng)建的代碼創(chuàng)建對象,所以創(chuàng)建出了兩個不同的對象出來。
可能的線程不安全情況舉例(數(shù)字表示按時間片程序的執(zhí)行順序):
情況一(線程不安全):
情況二(編譯器自動優(yōu)化,進行指令重排):
對于情況一解決辦法就是我們需要對創(chuàng)建對象的操作加互斥鎖,保證操作的原子性,由于加鎖后創(chuàng)建對象線程可能阻塞,所以這里我們?yōu)榱送瑫r保證效率和安全通常會選擇 Double-Check 方式加鎖
static Singleton* GetInstance() { //Double-Check方式加鎖保證效率和線程安全 //保證效率 if (nullptr == m_instance){ //保證線程安全 m_mtx.lock(); //正常檢查 if (nullptr == m_instance){ m_instance = new Singleton(); } m_mtx.unlock(); } return m_instance; }
但是情況二顯然程序還會出現(xiàn)問題,我們在 m_instance 對象前加上 volatile即可,禁止編譯器優(yōu)化,將變量從內(nèi)存中讀取,而不是從寄存器中讀取。
整個懶漢模式的完整代碼:
class Singleton { public: static volatile Singleton* GetInstance() { //Double-Check方式加鎖保證效率和線程安全 //保證效率 if (nullptr == m_instance){ //保證線程安全 m_mtx.lock(); //正常檢查 if (nullptr == m_instance){ m_instance = new Singleton(); } m_mtx.unlock(); } return m_instance; } //內(nèi)嵌垃圾回收類 class CGarbo{ public: ~CGarbo(){ cout << "delete instance" << endl; if (nullptr != Singleton::m_instance){ delete Singleton::m_instance; m_instance = nullptr; } } }; //定義一個靜態(tài)成員變量,程序結(jié)束后自動調(diào)用其析構(gòu)函數(shù)釋放單例對象 static CGarbo Garbo; private: //構(gòu)造函數(shù)私有 Singleton() { //cout原型operator <<() 連續(xù)的cout相當(dāng)于是函數(shù)的遞歸調(diào)用過程 //cout.operator<<(c1); //由于線程的特性會導(dǎo)致輸出亂序 printf("Singleton\n"); }; //防拷貝 Singleton(Singleton const&); Singleton& operator=(Singleton const&); //單例對象指針 static volatile Singleton* m_instance; static mutex m_mtx; }; volatile Singleton* Singleton::m_instance = nullptr; Singleton::CGarbo Garbo; mutex Singleton::m_mtx; void func(int n) { printf("%d: %p\n", n, Singleton::GetInstance()); //cout << Singleton::GetInstance() << " " << n << endl; } int main() { cout << "main begin" << endl; thread t1(func, 1); thread t2(func, 2); t1.join(); t2.join(); printf("%p\n", Singleton::GetInstance()); printf("%p\n", Singleton::GetInstance()); system("pause"); return 0; }
結(jié)果完全沒有問題:
到此這篇關(guān)于c語言設(shè)計模式之單例模式中的餓漢與懶漢詳解的文章就介紹到這了,更多相關(guān)c語言單例模式內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家!
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