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C++多线程编程——call_once和单例模式

article 2025/2/6 5:39:57

1. 前言

2. call_once和once_flag

3. 后记

3.1 单例类的析构问题

3.2 饿汉式单例模式的线程安全问题

1. 前言

之前在讲解单例模式时，有提到懒汉式单例模式使用了双重检测Double-Checked Locking Pattern (DCLP)来解决多线程的安全访问问题。但是该方法也存在安全隐患。

双重检查之所以有问题，是因为CPU会进行指令重排序。
instance = new Singleton;这条语句一般会理解为构造一个对象并初始化后，然后赋值给instance 。
但是实际上CPU有可能先构造一个空对象，把这个空对象的地址赋值给instance ，最后才调用构造函数进行初始化。如果在调用构造函数对这片内存进行初始化之前发生了线程切换，另一个线程检查instance发现不为nullptr，进而使用instance，就会导致程序崩溃。

2. call_once和once_flag

在C++11中提供了call_once和once_flag，通过它们的配合使用，可以保证在多线程环境下某个可调用对象只执行一次。

这样，我们就可以把instance的初始化单独放到一个静态函数中，并通过call_once来执行。

具体请看以下代码：

#include <iostream>
#include <thread>


using namespace std;

class Singleton
{
private:
	static Singleton* instance;
	static once_flag init_flag;
	Singleton() = default;
	static void init_instance()
	{
		instance = new Singleton();
	}
public:
	~Singleton() = default;
	static Singleton* getInstance()
	{
		call_once(init_flag, &Singleton::init_instance);
		return instance;
	}
};

Singleton* Singleton::instance = nullptr;
once_flag Singleton::init_flag;

int main()
{
	Singleton* s1 = Singleton::getInstance();
}