线程安全下单例模式

什么是单例模式

单例模式是一种 “经典的, 常用的, 常考的” 设计模式

单例模式的特点

某些类, 只应该具有一个对象(实例), 就称之为单例.
例如一个男人只能有一个媳妇.
在很多服务器开发场景中, 经常需要让服务器加载很多的数据 (上百G) 到内存中. 此时往往要用一个单例的类来管理这些数据.

定义对象的本质

定义对象无非就是根据对象结构开辟内存空间、然后进行赋值初始化。即加载内存。

什么时候创建对象

• 启动进程时（恶汉模式）
• 进程启动后执行内存加载（懒汉模式）

饿汉实现方式和懒汉实现方式

• 吃完饭, 立刻洗碗, 这种就是饿汉方式. 因为下一顿吃的时候可以立刻拿着碗就能吃饭.
• 吃完饭, 先把碗放下, 然后下一顿饭用到这个碗了再洗碗, 就是懒汉方式.
• 懒汉方式最核心的思想是 “延时加载”. 从而能够优化服务器的启动速度.

饿汉方式实现单例模式

template <typename T>
class Singleton {
	static T data;

public:
	static T* GetInstance()
	{
		return &data;
	}
	Singleton(const Singleton<T>& v) = delete;
	Singleton<T>& Sigleton(const Singleton<T>& v) = delete;
	
};
template<class T>
T Singleton<T>::data = 10;

只要通过 Singleton 这个包装类来使用 T 对象, 则一个进程中只有一个 T 对象的实例.

懒汉方式实现单例模式

template <typename T>
class Singleton {
	static T* inst;
public:
static T* GetInstance() {
if (inst == NULL) {
	inst = new T();
}
	return inst;
}
};
template <typename T>
T* Sigleton<T>::inst = nullptr;

存在一个严重的问题, 线程不安全.
第一次调用 GetInstance 的时候, 如果两个线程同时调用, 可能会创建出两份 T 对象的实例.
但是后续再次调用, 就没有问题了.

懒汉方式实现单例模式(线程安全版本)

// 懒汉模式, 线程安全
template <typename T>
class Singleton
{
    volatile static T *inst; // 需要设置 volatile 关键字, 否则可能被编译器优化.
    static std::mutex lock;

public:
    static T *GetInstance()
    {
        if (inst == NULL)
        {                // 双重判定空指针, 降低锁冲突的概率, 提高性能.
            lock.lock(); // 使用互斥锁, 保证多线程情况下也只调用一次 new.
            if (inst == NULL)
            {
                inst = new T();
            }
            lock.unlock();
        }
        return inst;
    }
};
template <typename T>
volatile T* Singleton<T>::inst = nullptr;

注意事项:

1. 加锁解锁的位置
2. 双重 if 判定, 避免不必要的锁竞争
3. volatile关键字防止过度优化