单例模式---线程安全实现

文章目录

1.单例模式的特点😊
2.单例模式两种实现🤣🤗😊
- [2.1 饿汉式](#2.1 饿汉式)
- [2.2 懒汉式](#2.2 懒汉式)
3.传统单例模式的线程安全问题
4.解决方法

1.单例模式的特点😊

1.全局只有一个类的static实例存在；

2.不允许直接实例化，构造函数为私有的，只通过一个类的静态方法获取该实例；

2.单例模式两种实现🤣🤗😊

2.1 饿汉式

饿汉式是在类加载的时候就会创造实例，会造成资源的浪费。具体：内部先定义并初始化好了一个静态实例。获取方法中直接返回实例。

特点：线程安全，会造成资源浪费

实现：

cpp 复制代码

class Singleton {
private:
    static Singleton instance;

    // 私有构造函数，防止类外实例化对象
    Singleton() {}

public:
    // 获取实例的静态方法
    static Singleton& getInstance() {
        return instance;
    }

    // 其他成员函数
    void doSomething() {
        // do something
    }
};

// 静态成员变量需要在类外初始化
Singleton Singleton::instance;

int main() {
    // 获取单例对象实例
    Singleton& singleton = Singleton::getInstance();
    // 调用单例对象的方法
    singleton.doSomething();

    return 0;
}

2.2 懒汉式

懒汉式是在需要时才创建实例，通过获取实例方法获取实例。

具体：内部定义一个静态实例，获取方法中判断实例是否为空，空则初始化实例；否则返回该实例

特点：避免资源浪费，造成线程安全问题。

实现

cpp 复制代码

class Singleton {
private:
    // 静态成员变量，用于保存单例实例
    static Singleton* instance;
    
    // 构造函数私有化，防止外部创建实例
    Singleton() {}
    
public:
    // 静态成员函数，用于获取单例实例
    static Singleton* getInstance() {
        // 判断实例是否为空，如果为空则创建实例
        if (instance == nullptr) {
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
    
    // 删除拷贝构造函数和拷贝赋值运算符，防止被复制
    Singleton(const Singleton&) = delete;
    Singleton& operator=(const Singleton&) = delete;
};

Singleton* Singleton::instance = nullptr;  // 初始化静态成员变量

int main() {
    // 获取单例实例
    Singleton* singleton1 = Singleton::getInstance();
    Singleton* singleton2 = Singleton::getInstance();
    
    // 判断两个实例是否相同
    if (singleton1 == singleton2) {
        cout << "两个实例相同" << endl;
    } else {
        cout << "两个实例不相同" << endl;
    }
    
    return 0;
}

3.传统单例模式的线程安全问题

饿汉式是线程安全的，懒汉式不是

当多线程执行getInstance时候，如果线程A判断当前实例为空，线程B正好判断到也为空，就会申请资源；当线程A恢复了后，继续执行，也会申请内存空间；就会出现两个实例，这就会出现问题；

4.解决方法

4.1静态局部变量

cpp 复制代码

class Singleton {
private:
    Singleton() {}
    
public:
    static Singleton* getInstance() {
        static Singleton instance;
        return &instance;
    }
};

4.2加锁

cpp 复制代码

class Singleton {
private:
    // 静态成员变量，用于保存单例实例
    static Singleton* instance;
    
    // 构造函数私有化，防止外部创建实例
    Singleton() {}
    
public:
    // 静态成员函数，用于获取单例实例
    static Singleton* getInstance() {
        // 判断实例是否为空，如果为空则创建实例
        Mutexlock lock(mutex);//加锁
        if (instance == nullptr) {
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
    
    // 删除拷贝构造函数和拷贝赋值运算符，防止被复制
    Singleton(const Singleton&) = delete;
    Singleton& operator=(const Singleton&) = delete;
};

Singleton* Singleton::instance = nullptr;  // 初始化静态成员变量

int main() {
    // 获取单例实例
    Singleton* singleton1 = Singleton::getInstance();
    Singleton* singleton2 = Singleton::getInstance();
    
    // 判断两个实例是否相同
    if (singleton1 == singleton2) {
        cout << "两个实例相同" << endl;
    } else {
        cout << "两个实例不相同" << endl;
    }
    
    return 0;
}

4.3双重检查锁（DCL）

cpp 复制代码

class Singleton {
private:
    // 静态成员变量，用于保存单例实例
    static Singleton* instance;
    
    // 构造函数私有化，防止外部创建实例
    Singleton() {}
    
public:
    // 静态成员函数，用于获取单例实例
    static Singleton* getInstance() {
        // 判断实例是否为空，如果为空则创建实例
        if (instance == nullptr) {
        Mutexlock lock(mutex);
        if(instance==nullptr)
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
    
    // 删除拷贝构造函数和拷贝赋值运算符，防止被复制
    Singleton(const Singleton&) = delete;
    Singleton& operator=(const Singleton&) = delete;
};

Singleton* Singleton::instance = nullptr;  // 初始化静态成员变量

int main() {
    // 获取单例实例
    Singleton* singleton1 = Singleton::getInstance();
    Singleton* singleton2 = Singleton::getInstance();
    
    // 判断两个实例是否相同
    if (singleton1 == singleton2) {
        cout << "两个实例相同" << endl;
    } else {
        cout << "两个实例不相同" << endl;
    }
    
    return 0;
}

4.4pthread_once

cpp 复制代码

#include<iostream>
class singleton{
public:
static singleton& getinstance()
{
pthread_once(&ponce,init);//保证该函数只被执行一次
return instance;
}
private:
static void init()
{
instance=new singleton();
}
singleton(){}
~singleton(){}
static pthread_once_t  ponce;
static singleton* instance;
};
singleton::ponce=PTHREAD_ONCE_INIT;
singleton::instance=nullptr;