单例线程安全类

Question

我在多线程环境中做的工作很少。所以，我需要知道下面类的 getInstance 函数是否是线程安全的。这是单例类：

//Singleton class
class S {
  // intentionally avoided pointer
  static S singleObject;

   // Private constructor   
   s ();
   s (S &);
   s& operator= (const s&);
public:
  // return reference of static object
  s& getInstance ()
  {
    return singleObject;
  }

  /* Normally with static pointer instance, getInstnace look like as
   s& getInstace ()
   {
      // trying to avoid multiple copies of singleObject
      lock_mutex ()

       if (singleObject == null)
          singleObjecct = new S();

      unlock_mutex ();

      return *singleObject;
    }
  */
};

S S::singleObject;

在 getInstance 函数中（未注释），返回静态对象的引用。是否需要线程安全机制？

在第二个 getInstance（已注释）中，如果 singleObject 为空，我们将创建对象。所以，它需要一个锁定机制，需要同步，对吧？

Answer 1

在 getInstance 函数中（未注释），返回静态对象的引用。是否需要线程安全机制？

只要你不在main函数的生命周期之外访问它，或者在其他线程可能有非同步访问时修改它，那么从任何线程访问都是安全的。

如果您在main 开始之前或结束之后进行访问（例如，从另一个静态对象的构造函数或析构函数），则存在未初始化或已被销毁的危险，在那时候。这就是“延迟初始化”（例如您的第二个版本）的动机。

在第二个 getInstance（已注释）中，如果 singleObject 为空，我们将创建对象。所以，它需要一个锁定机制，需要同步，对吧？

是的，这需要锁定机制。对于支持 C++11（或类似）线程模型的编译器，获得像这样的延迟初始化的更简单方法是使用函数静态变量，它将在第一次进入时以线程安全的方式初始化范围：

S& getInstance ()
{
    static S singleObject;
    return singleObject;
}

这也将避免您的版本的内存泄漏，但引入了它可能在其他静态对象之前被破坏的危险；因此，从静态对象的析构函数访问是不安全的。

一般而言，C++ 中的静态对象是此类死亡陷阱的雷区（无论您是否尝试将它们包裹在某种单例反模式中），最好避免使用。

Answer 2

在 C++11 中，您可以将静态实例放在静态函数中：

class S
{
    private:
        S();
        S(S const&);
        S& operator=(S const&);

    public:
        static S& getInstance ()
        {
            static S singleObject;
            return singleObject;
        }
};

根据标准第 6.7.4 段：

所有块范围变量的零初始化（8.5）静态 存储持续时间（3.7.1）或线程存储持续时间（3.7.2）是 在任何其他初始化发生之前执行。持续的 具有静态存储的块范围实体的初始化（3.6.2） 持续时间，如果适用，在它的块是第一个之前执行 进入。允许实现提前执行 使用静态或线程初始化其他块范围变量 在与实现相同的条件下存储持续时间 允许使用静态或线程静态初始化变量 命名空间范围内的存储持续时间 (3.6.2)。否则这样的变量 在控件第一次通过其声明时被初始化； 这样的变量在其完成时被认为是初始化的 初始化。如果初始化通过抛出异常退出， 初始化未完成，下次再试 时间控制进入申报。 如果控制进入声明 在初始化变量的同时，并发 执行应等待初始化完成。 如果 控制在变量是递归的时候重新进入声明 正在初始化，行为未定义。

Answer 3

除非您将 getInstance 声明为静态，否则您将无法调用它。这个错误已经传播到几乎所有的回复中。除此之外，我无法为所有答案添加更好的内容。

Answer 4

IIRC 这比这个更好。在调用 getInstance 之前，它不会初始化（线程安全）。

-edit- 我现在记得一些原因。除非调用该方法，否则您无法访问。您可以在其他类构造函数中调用它，并且无需担心 S 是否已初始化。就像在其他类中一样，可能会首先构造，在这种情况下会发生崩溃或未定义的行为。

//Singleton class
class S {
  // intentionally avoided pointer

   // Private constructor   
   s ();
   s (S &);
   s& operator= (const s&);
public:
  // return reference of static object
  s& getInstance ()
  {
    static S singleObject;
    return singleObject;
  }
};