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设计模式之五：单例模式

news 2025/7/7 17:07:53

有些对象只需要有一个，比如线程池、缓存和注册表等。

对比全局变量，其需要在程序开始就创建好对象，如果这个对象比较耗资源，而在后面的执行过程中又一直没有用到，就造成了浪费。

class Singleton {private:static Singleton instance;Singleton(){}publicstatic Singleton getInstance() {// 多线程环境下，可能先后判断为trueif ( instance == null ) {instance = new Singleton();}return instance;}
}

双重检查锁

// 解决指针没有析构和多线程问题
class Singleton{private:static std::shared_ptr<Singleton > instance;static std::mutex m_mutex;Singleton(){}publicstatic Singleton getInstance() {// 多线程环境下，可能先后判断为trueif ( instance == null ) {std::lock_guard<std::mutex> lk(m_mutex);instance = std::shared_ptr<Singleton>(new             Singleton());}return instance;}
}

上述代码还存在问题是new Singleton()口语被抽象为下面的语句：

memory = allocate();    //1：分配对象的内存空间
instance = memory;      //3：设置instance指向刚分配的内存地址（此时对象还未初始化）
new(instance);          //2：初始化对象

那么另一线程在判断是否为null的时候可能得到一个为完全初始化的instance。

我们可以通过volatile对变量进行限制，防止指令重排
static std::shared_ptr<Singleton > volatile instance;

在Java中这样应该就可以了，c++好像还有点问题？具体的可以看下最后贴的参考文献。

最推荐的懒汉式单例模式(magic static)

// 解决指针没有析构和多线程问题
class Singleton{private:Singleton(){}publicstatic Singleton& getInstance() {static Singleton instrance;return instance;}
}

魔法静态变量是C++11的核心语言功能特性，提案:N2660 - Dynamic Initialization and Destruction with Concurrency, 最早在GCC2.3 / Clang2.9 / MSVC19.0等编译器得到支持。

这种方法又叫做 Meyers' SingletonMeyer's的单例，是著名的写出《Effective C++》系列书籍的作者 Meyers 提出的。所用到的特性是在C++11标准中的Magic Static特性：

If control enters the declaration concurrently while the variable is being initialized, the concurrent execution shall wait for completion of the initialization.
如果当变量在初始化的时候，并发同时进入声明语句，并发线程将会阻塞等待初始化结束。

这样保证了并发线程在获取静态局部变量的时候一定是初始化过的，所以具有线程安全性。

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