线程不安全版本的单例模式（详解）

出发点

保证一个类仅有一个实例，并提供一个该实例的全局访问点。 ——《设计模式》GoF

实现 单例分为两种实现方法：

• 懒汉
  • 第一次用到类实例的时候才会去实例化，上述就是懒汉实现。
• 饿汉
  • 单例类定义的时候就进行了实例化。

懒汉模式的实现：

class Singleton{
public:
    static Singleton* getInstance(){
        // 先检查对象是否存在
        if (m_instance == nullptr) {
            m_instance = new Singleton();
        }
        return m_instance;
    }
private:
    Singleton(); //私有构造函数，不允许使用者自己生成对象
    //关键点就是将Singleton()设置为私有的

    Singleton(const Singleton& other);
    static Singleton* m_instance; //静态成员变量 
};

Singleton* Singleton::m_instance=nullptr; //静态成员需要先类外初始化

饿汉的实现：

class singleton {
private:
    singleton() {}
    static singleton *p;
public:
    static singleton *instance();
};

singleton *singleton::p = new singleton();
singleton* singleton::instance() {
    return p;
}

 

解释

这是一个非常简单的实现，将构造函数声明为private或protect防止被外部函数实例化，内部有一个静态的类指针保存唯一的实例，实例的实现由一个public方法来实现，该方法返回该类的唯一实例。

当然这个代码只适合在单线程下，当多线程时，是不安全的。考虑两个线程同时首次调用instance方法且同时检测到p是nullptr，则两个线程会同时构造一个实例给p，这将违反了单例的准则。

多线程下的分析：

正常情况下，如果线程A调用完了getInstance()之后，将m_instance初始化了，线程B再去调用getInstance()就不会在创建一个新的实例了，直接使用之前A创建好的实例；然而存在这一种情况，当线程A正在执行getInstance()，但是还没有创建好m_instance，此时B线程调用getInstance()，m_instance是nullptr，会new一个实例。A一个实例，B一个实例，这样就可能导致程序错误，同时，还会发生内存泄漏。

解决办法 使用多线程加锁、双重检查锁模式、memory barrier指令、静态局部变量、Atomic、pthread_once等方法