Singleton模式創(chuàng)建、多線程與銷毀的方法是什么

這篇文章主要介紹“Singleton模式創(chuàng)建、多線程與銷毀的方法是什么”，在日常操作中，相信很多人在Singleton模式創(chuàng)建、多線程與銷毀的方法是什么問題上存在疑惑，小編查閱了各式資料，整理出簡單好用的操作方法，希望對(duì)大家解答”Singleton模式創(chuàng)建、多線程與銷毀的方法是什么”的疑惑有所幫助！接下來，請(qǐng)跟著小編一起來學(xué)習(xí)吧！

1         Singleton創(chuàng)建

1.1      GOF Singleton

在GOF著作中對(duì)Singleton模式的實(shí)現(xiàn)方式如下：

/*解一*/   class Singleton   {   public:   static Singleton *Instance(){                            //1   if( !m_pInstatnce) //2   m_pInstance = new Singleton;//3   return m_pInstance; //4   }   private:   static Singleton *m_pInstatnce;             //5   private:   Singleton();                                                         //6   Singleton(const Singleton&);                             //7   Singleton& operator=(const Singleton&);            //8   ~Singleton();                                                       //9   }   Singleton *Singleton:m_pInstatnce = NULL; //10

在上面的解決方案中，我們只在需要調(diào)用時(shí)，才產(chǎn)生一個(gè)Singleton的對(duì)象。這樣帶來的好處是，如果該對(duì)象產(chǎn)生帶來的結(jié)果很昂貴，但不經(jīng)常用到時(shí)，是一種非常好的策略。但如果該Instance被頻繁調(diào)用，那么就有人覺得Instance中的判斷降低了效率（雖然只是一個(gè)判斷語句^_^）,那么我們就把第5條語句該為

static Singleton m_Instatnce;

如此一來，在Instatnce直接返回&m_Instance，而不用做任何判斷，效率也高了。（是不是呢？）

這樣修改后，我們將帶來災(zāi)難性的后果：

1：首先有可能編譯器這關(guān)就沒法通過，說m_Instance該外部變量無法解決（visural C++6.0）

error LNK2001: unresolved external symbol "private: static class Singleton  Singleton::m_Instance" (?m_Instance@Singleton@@0V1@A)

2：如果編譯器這關(guān)通過了就沒問題了么？答案是否定的。

***是不管Instance是否用到，該靜態(tài)變量對(duì)象在編譯器編譯時(shí)就產(chǎn)生了，即資源消耗是不可避免的；

第二是無法確保編譯器一定先將m_Instance初始化。所以Instance的調(diào)用有可能傳回一個(gè)尚沒構(gòu)造的Singleton對(duì)象。這也意味著你無法保證任何外部對(duì)象所使用的m_Instance是一個(gè)被正確初始化的對(duì)象。

1.2      Meyers Singleton
我們?nèi)绾谓鉀Q這個(gè)問題呢，實(shí)際上很簡單。一種非常優(yōu)雅的做法由Scott Meyers***提出，故也稱為Meyers Singleton。它依賴編譯器的神奇技巧。即函數(shù)內(nèi)的static對(duì)象只在該函數(shù)***次執(zhí)行時(shí)才初始化（請(qǐng)注意不是static常量）。

/*解二*/   class Singleton   {   public:   static Singleton *Instance(){                            //1   static Singleton sInstance; //2   return &sInstance; //3   }   private:   Singleton();                                                         //4   Singleton(const Singleton&);                             //5   Singleton& operator=(const Singleton&);            //6   ~Singleton();                                                       //7   }

解二在Instance中定義了一個(gè)Static的Singleton對(duì)象，來解決Instance中初始化的問題，也很順利的解決了定義Static成員對(duì)象帶來的問題。

請(qǐng)注意，解二在VC6中不能編譯通過，將有以下的錯(cuò)誤：

error C2248: 'Singleton::~Singleton' : cannot access private member declared in class 'Singleton' e:\work\q\a.h(81) : see declaration of 'Singleton::~Singleton'

產(chǎn)生該問題的錯(cuò)誤原因是什么呢(請(qǐng)仔細(xì)思考^_^)

原因在于在產(chǎn)生static Singleton對(duì)象后，編譯器會(huì)自動(dòng)產(chǎn)生一個(gè)銷毀函數(shù)__DestroySingleton，然后調(diào)用atexit()注冊，在程序退出時(shí)執(zhí)行__DestroySingleton。但由于Singleton的析構(gòu)函數(shù)是private，所以會(huì)產(chǎn)生訪問錯(cuò)誤。（應(yīng)該在以后的編譯器中修改了該BUG）

1.3      Singleton改進(jìn)

讓Instance傳回引用(reference)。如果傳回指針，調(diào)用端有可能講它delete調(diào)。

1.4      Singleton注意之點(diǎn)

在上面的解法中，請(qǐng)注意對(duì)構(gòu)造函數(shù)和析構(gòu)函數(shù)的處理，有何好處（請(qǐng)自己理解，俺懶病又犯了）。

2         多線程

在解一中，如果我們運(yùn)行在多線程的環(huán)境中，該方案是***的么，將會(huì)有什么后果呢？

后果就是會(huì)造成內(nèi)存泄漏，并且有可能前后獲取的Singleton對(duì)象不一樣（原因請(qǐng)自己思考，后面有解答）。

為了解決這個(gè)問題，將解一的Instance改為如下：

Singleton& Singleton::Instance(){   Lock(m_mutex);            //含義為獲取互斥量            //1   If( !m_pInstance ){                                          //2   m_pInstance = new Singleton; //3   }   UnLock(m_mutex);                                            //4   return *m_pInstance;                                     //5   }

此種方法將解決解一運(yùn)行在多線程環(huán)境下內(nèi)存泄漏的問題，但帶來的結(jié)果是，當(dāng)m_mutex被鎖定時(shí)，其它試圖鎖定m_mutex的線程都將必須等等。并且每次執(zhí)行鎖操作其付出的代價(jià)極大，亦即是這種方案的解決辦法并不吸引人。

那么我們將上面的代碼改為如下方式：

Singleton& Singleton::Instance(){   If( !m_pInstance ){                                                      //1   Lock(m_mutex); //含義為獲取互斥量 //2   m_pInstance = new Singleton; //3   UnLock(m_mutex); //4   }   return *m_pInstance;                                                 //5   }

這樣修改的結(jié)果沒有問題了么？NO!!!!該方案帶來的結(jié)果同解一，原因也一樣，都將造成內(nèi)存泄漏。此時(shí)“雙檢測鎖定”模式就粉墨登場了。

由Doug Schmidt和Tim Harrison提出了“雙檢測鎖定”(Double-Checked Locking)模式來解決multithread singletons問題。

Singleton& Singleton::Instance(){   If( !m_pInstance ){                                                      //1   Lock(m_mutex); //含義為獲取互斥量 //2   If(!m_pInstance) //3   m_pInstance = new Singleton; //4   UnLock(m_mutex); //5   }   return *m_pInstance;                                                 //6   }

請(qǐng)看上面的第三句，這句話是不是具有化腐朽為神奇的力量啊 ^_^

上面的方案就***了么?；卮疬€是NO!!!(各位看官是否已經(jīng)郁悶了啊，這不是玩我?。空?qǐng)耐心點(diǎn)，聽我細(xì)細(xì)到來^_^)

如果在RISC機(jī)器上編譯器有可能將上面的代碼優(yōu)化，在鎖定m_mutex前執(zhí)行第3句。這是完全有可能的，因?yàn)?**句和第3句一樣，根據(jù)代碼優(yōu)化原則是可以這樣處理的。這樣一來，我們引以為自豪的“雙檢測鎖定”居然沒有起作用( L)

怎么辦？解決唄。怎么解決？簡單，我們在m_pInstance前面加一個(gè)修飾符就可以了。什么修飾符呢?……

àvolatile(簡單吧)

那么我們完整的解法如下：

/*解三*/   class Singleton   {   public:   static Singleton &Instance(){                            //1   if( !m_pInstatnce){ //2   Lock(m_mutex) //3   If( !m_pInstance ) //4   m_pInstance = new Singleton;//5   UnLock(m_mutex); //6   }   return *m_pInstance; //7   }   private:   static volatitle Singleton *m_pInstatnce;            //8   private:   Singleton();                                                         //9   Singleton(const Singleton&);                             //10   Singleton& operator=(const Singleton&);            //11   ~Singleton();                                                       //12   }   Singleton *Singleton:m_pInstatnce = NULL; //13

3         Singleton銷毀

在這里，我們就到了Singleton最簡單也最復(fù)雜的地方了。

為什么說它簡單？我們根本可以不理睬創(chuàng)建的對(duì)象m_pInstance的銷毀啊。因?yàn)殡m然我們一直沒有將Singleton對(duì)象刪除，但不會(huì)造成內(nèi)存泄漏。為什么這樣說呢？因?yàn)橹挥挟?dāng)你分配了累積行數(shù)據(jù)并丟失了對(duì)他的所有reference是，內(nèi)存泄漏才發(fā)生。而對(duì)Singleton并不屬于上面的情況，沒有累積性的東東，而且直到結(jié)束我們還有它的引用。在現(xiàn)代操作系統(tǒng)中，當(dāng)一個(gè)進(jìn)程結(jié)束后，將自動(dòng)將該進(jìn)程所有內(nèi)存空間完全釋放。（可以參考《effective C++》條款10，里面講述了內(nèi)存泄漏）。

但有時(shí)泄漏還是存在的，那是什么呢？就是資源泄漏。比如說如果該Singleton對(duì)象管理的是網(wǎng)絡(luò)連接，OS互斥量，進(jìn)程通信的handles等等。這時(shí)我們就必須考慮到Singleton的銷毀了。談到銷毀，那可是一個(gè)復(fù)雜的課題（兩天三夜也說不完^_^  開玩笑的啦，大家輕松一下嘛）。

我們需要在恰當(dāng)?shù)牡攸c(diǎn)，恰當(dāng)?shù)臅r(shí)機(jī)刪除Singleton對(duì)象，并且還要在恰當(dāng)?shù)臅r(shí)機(jī)創(chuàng)建或者重新創(chuàng)建Singleton對(duì)象。

在我們的“解二”中，在程序結(jié)束時(shí)會(huì)自動(dòng)調(diào)用Singleton的析構(gòu)函數(shù)，那么也將自動(dòng)釋放所獲取的資源。在大多數(shù)情況下，它都能夠有效運(yùn)作。那特殊情況是什么呢？

我們以KDL（keyboard，display，log）模型為例，其中K,D,L均使用Singleton模式。只要keyboard或者display出現(xiàn)異常，我們就必須調(diào)用log將其寫入日志中，否則log對(duì)象不應(yīng)該創(chuàng)建。對(duì)后面一條，我們的Singleton創(chuàng)建時(shí)就可以滿足。

在前面我們已經(jīng)說到，在產(chǎn)生一個(gè)對(duì)象時(shí)（非用new產(chǎn)生的對(duì)象），由編譯器自動(dòng)調(diào)用了atexit(__DestroyObject)函數(shù)來實(shí)現(xiàn)該對(duì)象的析構(gòu)操作。而C++對(duì)象析構(gòu)是LIFO進(jìn)行的，即先產(chǎn)生的對(duì)象后摧毀。

如果在一般情況下調(diào)用了log對(duì)象，然后開始銷毀對(duì)象。按照“后創(chuàng)建的先銷毀”原則：log對(duì)象將被銷毀，然后display對(duì)象開始銷毀。此時(shí)display在銷毀發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)異常，于是調(diào)用log對(duì)象進(jìn)行記錄。但事實(shí)上，log對(duì)象已經(jīng)被銷毀，那么調(diào)用log對(duì)象將產(chǎn)生不可預(yù)期的后果，此問題我們稱為Dead Reference。所以前面的解決方案不能解決目前我們遇到的問題。

Andrei Alexandrescu提出了解決方案，稱為Phoenix Singleton（取自鳳凰涅磐典故）

/*解四*/   class Singleton   {   public:   static Singleton &Instance(){                              if( !m_pInstatnce){   Lock(m_mutex)   If( !m_pInstance ){   if(m_destroyed)   OnDeadReference();   else   Create();   }   UnLock(m_mutex);   }   return *m_pInstance;   }   private:   static volatitle Singleton *m_pInstatnce;   static bool m_destroyed;   private:   Singleton();                                                           Singleton(const Singleton&);                               Singleton& operator=(const Singleton&);       ~Singleton(){   m_pInstance = 0;   m_destroyed = true;   }   static void Create(){   static Singleton sInstance;   m_pInstanace = &sInstance;   }   static void OnDeadReference(){   Create();   new (m_pInstance) Singleton;   atexit(KillPhoenixSingleton);   m_destroyed = false;   }   void KillPhoenixSingleton(){   m_pInstance->~Singleton();   }   }   Singleton *Singleton:m_pInstatnce = NULL;   bool m_destroyed =false;

請(qǐng)注意此處OnDeadReference()中所使用的new操作符的用法：是所謂的placement new操作，它并不分配內(nèi)存，而是在某個(gè)地址上構(gòu)造一個(gè)新對(duì)象。

這是解決Dead Reference方法之一。如果此時(shí)keyboard或者display對(duì)象也需要處理Dead Reference問題時(shí)，那么上面的OnDeadReference將被頻繁調(diào)用，效率將會(huì)很低。即該問題為：需要提供一種解決方案，用于處理對(duì)象的建立過程可以不按照“先創(chuàng)建會(huì)銷毀”的原則，而應(yīng)該為其指定一個(gè)銷毀順序。

聰明的Andrei Alexandrescu提出了一個(gè)“帶壽命的Singleton”解決方案。該方案的思想是：利用atexit()的特性；在每次創(chuàng)建一個(gè)對(duì)象后，將該對(duì)象放入到一個(gè)鏈表中（該鏈表是按照銷毀順序排訓(xùn)的），并同時(shí)調(diào)用atexit()注冊一個(gè)銷毀函數(shù)；該銷毀函數(shù)從鏈表中獲取最需要銷毀的對(duì)象進(jìn)行銷毀。

到此，關(guān)于“Singleton模式創(chuàng)建、多線程與銷毀的方法是什么”的學(xué)習(xí)就結(jié)束了，希望能夠解決大家的疑惑。理論與實(shí)踐的搭配能更好的幫助大家學(xué)習(xí)，快去試試吧！若想繼續(xù)學(xué)習(xí)更多相關(guān)知識(shí)，請(qǐng)繼續(xù)關(guān)注億速云網(wǎng)站，小編會(huì)繼續(xù)努力為大家?guī)砀鄬?shí)用的文章！