方案一
代碼如下:
>
class QMManager
{
public:
static QMManager &instance()
{
static QMManager instance_;
return instance_;
}
}
這是最簡(jiǎn)單的版本，在單線程下(或者是C++0X下)是沒(méi)任何問(wèn)題的，但在多線程下就不行了，因?yàn)閟tatic QMManager instance_;這句話(huà)不是線程安全的。
在局部作用域下的靜態(tài)變量在編譯時(shí)，編譯器會(huì)創(chuàng)建一個(gè)附加變量標(biāo)識(shí)靜態(tài)變量是否被初始化，會(huì)被編譯器變成像下面這樣(偽代碼)：
代碼如下:
>
static QMManager &instance()
{
static bool constructed = false;
static uninitialized QMManager instance_;
if (!constructed) {
constructed = true;
new(&s) QMManager; //construct it
}
return instance_;
}
這里有競(jìng)爭(zhēng)條件，兩個(gè)線程同時(shí)調(diào)用instance()時(shí)，一個(gè)線程運(yùn)行到if語(yǔ)句進(jìn)入后還沒(méi)設(shè)constructed值，此時(shí)切換到另一線程，constructed值還是false，同樣進(jìn)入到if語(yǔ)句里初始化變量，兩個(gè)線程都執(zhí)行了這個(gè)單例類(lèi)的初始化，就不再是單例了。
方案二
一個(gè)解決方法是加鎖：
代碼如下:
>
static QMManager &instance()
{
Lock(); //鎖自己實(shí)現(xiàn)
static QMManager instance_;
UnLock();
return instance_;
}
但這樣每次調(diào)用instance()都要加鎖解鎖，代價(jià)略大。
方案三
那再改變一下，把內(nèi)部靜態(tài)實(shí)例變成類(lèi)的靜態(tài)成員，在外部初始化，也就是在include了文件，main函數(shù)執(zhí)行前就初始化這個(gè)實(shí)例，就不會(huì)有線程重入問(wèn)題了：
代碼如下:
>
class QMManager
{
protected:
static QMManager instance_;
QMManager();
~QMManager(){};
public:
static QMManager *instance()
{
return &instance_;
}
void do_something();
};
QMManager QMManager::instance_; //外部初始化
這被稱(chēng)為餓漢模式，程序一加載就初始化，不管有沒(méi)有調(diào)用到。
看似沒(méi)問(wèn)題，但還是有坑，在一個(gè)2B情況下會(huì)有問(wèn)題：在這個(gè)單例類(lèi)的構(gòu)造函數(shù)里調(diào)用另一個(gè)單例類(lèi)的方法可能會(huì)有問(wèn)題。
看例子：
代碼如下:
>
//.h
class QMManager
{
protected:
static QMManager instance_;
QMManager();
~QMManager(){};
public:
static QMManager *instance()
{
return &instance_;
}
};
class QMSqlite
{
protected:
static QMSqlite instance_;
QMSqlite();
~QMSqlite(){};
public:
static QMSqlite *instance()
{
return &instance_;
}
void do_something();
};
QMManager QMManager::instance_;
QMSqlite QMSqlite::instance_;
//.cpp
QMManager::QMManager()
{
printf("QMManager constructorn");
QMSqlite::instance()->do_something();
}
QMSqlite::QMSqlite()
{
printf("QMSqlite constructorn");
}
void QMSqlite::do_something()
{
printf("QMSqlite do_somethingn");
}
這里QMManager的構(gòu)造函數(shù)調(diào)用了QMSqlite的instance函數(shù)，但此時(shí)QMSqlite::instance_可能還沒(méi)有初始化。
這里的執(zhí)行流程：程序開(kāi)始后，在執(zhí)行main前，執(zhí)行到QMManager QMManager::instance_;這句代碼，初始化QMManager里的instance_靜態(tài)變量，調(diào)用到QMManager的構(gòu)造函數(shù)，在構(gòu)造函數(shù)里調(diào)用QMSqlite::instance()，取QMSqlite里的instance_靜態(tài)變量，但此時(shí)QMSqlite::instance_還沒(méi)初始化，問(wèn)題就出現(xiàn)了。
那這里會(huì)crash嗎，測(cè)試結(jié)果是不會(huì)，這應(yīng)該跟編譯器有關(guān)，靜態(tài)數(shù)據(jù)區(qū)空間應(yīng)該是先被分配了，在調(diào)用QMManager構(gòu)造函數(shù)前，QMSqlite成員函數(shù)在內(nèi)存里已經(jīng)存在了，只是還未調(diào)到它的構(gòu)造函數(shù)，所以輸出是這樣：
QMManager constructor
QMSqlite do_something
QMSqlite constructor
方案四
那這個(gè)問(wèn)題怎么解決呢，單例對(duì)象作為靜態(tài)局部變量有線程安全問(wèn)題，作為類(lèi)靜態(tài)全局變量在一開(kāi)始初始化，有以上2B問(wèn)題，那結(jié)合下上述兩種方式，可以解決這兩個(gè)問(wèn)題。boost的實(shí)現(xiàn)方式是：?jiǎn)卫龑?duì)象作為靜態(tài)局部變量，但增加一個(gè)輔助類(lèi)讓單例對(duì)象可以在一開(kāi)始就初始化。如下：
代碼如下:
>
//.h
class QMManager
{
protected:
struct object_creator
{
object_creator()
{
QMManager::instance();
}
inline void do_nothing() const {}
};
static object_creator create_object_;
QMManager();
~QMManager(){};
public:
static QMManager *instance()
{
static QMManager instance;
return &instance;
}
};
QMManager::object_creator QMManager::create_object_;
class QMSqlite
{
protected:
QMSqlite();
~QMSqlite(){};
struct object_creator
{
object_creator()
{
QMSqlite::instance();
}
inline void do_nothing() const {}
};
static object_creator create_object_;
public:
static QMSqlite *instance()
{
static QMSqlite instance;
return &instance;
}
void do_something();
};
QMManager::object_creator QMManager::create_object_;
QMSqlite::object_creator QMSqlite::create_object_;
結(jié)合方案3的.cpp，這下可以看到正確的輸出和調(diào)用了：
QMManager constructor
QMSqlite constructor
QMSqlite do_something
來(lái)看看這里的執(zhí)行流程：
初始化QMManager類(lèi)全局靜態(tài)變量create_object_
->調(diào)用object_creator的構(gòu)造函數(shù)
->調(diào)用QMManager::instance()方法初始化單例
->執(zhí)行QMManager的構(gòu)造函數(shù)
->調(diào)用QMSqlite::instance()
->初始化局部靜態(tài)變量QMSqlite instance
->執(zhí)行QMSqlite的構(gòu)造函數(shù)，然后返回這個(gè)單例。
跟方案三的區(qū)別在于QMManager調(diào)用QMSqlite單例時(shí)，方案3是取到全局靜態(tài)變量，此時(shí)這個(gè)變量未初始化，而方案四的單例是靜態(tài)局部變量，此時(shí)調(diào)用會(huì)初始化。
跟最初方案一的區(qū)別是在main函數(shù)前就初始化了單例，不會(huì)有線程安全問(wèn)題。
最終boost
上面為了說(shuō)明清楚點(diǎn)去除了模版，實(shí)際使用是用模版，不用寫(xiě)那么多重復(fù)代碼，這是boost庫(kù)的模板實(shí)現(xiàn)：
代碼如下:
>
template <typename T>
struct Singleton
{
struct object_creator
{
object_creator(){ Singleton<T>::instance(); }
inline void do_nothing()const {}
};
static object_creator create_object;
public:
typedef T object_type;
static object_type& instance()
{
static object_type obj;
//據(jù)說(shuō)這個(gè)do_nothing是確保create_object構(gòu)造函數(shù)被調(diào)用
//這跟模板的編譯有關(guān)
create_object.do_nothing();
return obj;
}
};
template <typename T> typename Singleton<T>::object_creator Singleton<T>::create_object;
class QMManager
{
protected:
QMManager();
~QMManager(){};
friend class Singleton<QMManager>;
public:
void do_something(){};
};
int main()
{
Singleton<QMManager>::instance()->do_something();
return 0;
}
其實(shí)Boost庫(kù)這樣的實(shí)現(xiàn)像打了幾個(gè)補(bǔ)丁，用了一些奇技淫巧，雖然確實(shí)繞過(guò)了坑實(shí)現(xiàn)了需求，但感覺(jué)挺不好的。