【单例模式】饿汉式与懒汉式以及线程安全
1. 单例模式介绍
饿汉式单例模式：还没有获取实例对象，实例对象就已经产生了。一定是线程安全的。
懒汉式单例模式：需要用的时候再构造实例。
应用场景：比如日志模块，数据库模块，开发的解析器模块。
2.饿汉式单例实现
2.1构造步骤
1. 构造函数私有化
2. 定义一个唯一的类的静态实例对象（类内声明类外初始化）
3. 获取类的唯一实例对象的接口方法
4. 删除拷贝构造和赋值函数
// 饿汉式单例模式
class Singleton
{
public:
static Singleton* getInstance() // 3. 获取类的唯一实例对象的接口方法
{
return &instance;
}
private:
static Singleton instance; // 2. 定义一个唯一的类的实例对象
Singleton() // 1. 构造函数私有化
{
}
// 4. 删除拷贝构造 和 赋值函数
Singleton(const Singleton&) = delete;
Singleton& operator=(const Singleton&) = delete;
};
Singleton Singleton::instance; // 类内声明类外初始化2.2饿汉式单例特点
饿汉式单例模式一定是线程安全的。
缺点：对象的实例化构造中可能需要做很多东西，程序中用不到也会执行，程序运行前耗费太多时间。希望在需要用的时候再构造实例。
3.懒汉式单例实现
3.1懒汉式单例实现步骤
就是将饿汉式单例的实例对象定义为指针。
// 懒汉式单例模式 ==> 是不是线程安全呢？
class Singleton
{
public:
// 是不是可重入函数呢？
static Singleton* getInstance() // 3. 获取类的唯一实例对象的接口方法
{
if(instance == nullptr)
{
/*
1 开辟内存
2 给instance赋值
3 构造对象
*/
instance = new Singleton();
}
return instance;
}
private:
static Singleton *instance; // 2. 定义一个唯一的类的实例对象
Singleton() // 1. 构造函数私有化
{
}
// 4. 删除拷贝构造 和 赋值函数
Singleton(const Singleton&) = delete;
Singleton& operator=(const Singleton&) = delete;
};
Singleton *Singleton::instance = nullptr; // 类内声明类外初始化3.2懒汉式单例特点
不是一个线程安全的：编译器也许会指令优化如2 3顺序可能不同 ==> 多个线程可能会出问题 ==> 不是可重入函数，使用锁实现互斥。
4.实现线程安全的单例模式
4.1实现思路
- lock_gard放在if上面会导致锁的粒度太大
- 放在if里面要注意使用“锁+双重判断”（防止两个线程都进入if构造两个实例）。
- instance在数据段，由统一进程内多个线程共享，cpu为了加快指令执行，会让线程共享的内存值都拷贝一份放自己缓存里，需要给指针加关键字volatile。好处是：当一个线程给instance赋值的时候，其他线程马上就能看到instance改变，因为线程已经不对这个共享变量进行缓存了。
线程安全的懒汉式单例模式：
// 懒汉式单例模式 ==> 是不是线程安全呢？ ==> 线程安全的懒汉式单例模式
std::mutex mtx;
class Singleton
{
public:
// 是不是可重入函数呢？ 锁+双重判断
static Singleton* getInstance() // 3. 获取类的唯一实例对象的接口方法
{
// std::lock_guard<std::mutex> guard(mtx); // 锁的粒度太大了
if(instance == nullptr)
{
std::lock_guard<std::mutex> guard(mtx);
if(instance == nullptr)
{
/*
1 开辟内存
2 给instance赋值
3 构造对象
编译器也许会指令优化如2 3顺序可能不同 ==> 多个线程可能会出问题 ==> 不是可重入函数，使用锁实现互斥。
*/
instance = new Singleton();
}
}
return instance;
}
private:
static Singleton *volatile instance; // 2. 定义一个唯一的类的实例对象
Singleton() // 1. 构造函数私有化
{
}
// 4. 删除拷贝构造 和 赋值函数
Singleton(const Singleton&) = delete;
Singleton& operator=(const Singleton&) = delete;
};
Singleton *volatile Singleton::instance = nullptr; // 类内声明类外初始化4.2更精简的线程安全的懒汉式单例模式
参考文献列在最后了！
// 线程安全的懒汉式单例模式（更精简）
class Singleton
{
public:
static Singleton* getInstance() // 3. 获取类的唯一实例对象的接口方法
{
// 静态的局部变量，程序开始内存就有了，在数据段上。
// 静态对象在第一次运行到的时候才进行初始化。没运行getInstance就不会构造实例。
// g++ -g -o run singleton.cpp gdb run
// 函数静态局部变量的初始化，在汇编指令上已经自动添加线程互斥指令了。
static Singleton instance; // 2. 定义一个唯一的类的实例对象。
return &instance;
}
private:
Singleton() // 1. 构造函数私有化
{
}
// 4. 删除拷贝构造 和 赋值函数
Singleton(const Singleton&) = delete;
Singleton& operator=(const Singleton&) = delete;
};这种构造使用静态局部变量的特点：
// 静态的局部变量，程序开始内存就有了，在数据段上。
// 静态对象在第一次运行到的时候才进行初始化。没运行getInstance就不会构造实例。
通过
// g++ -g -o run singleton.cpp gdb run
// 函数静态局部变量的初始化，在汇编指令上已经自动添加线程互斥指令了。
在Linux环境中，通过g++编译上面的代码，命令如下：
g++ -o main main.cpp -g
生成可执行文件main，用gdb进行调试，到getInstance函数，并打印该函数的汇编指令，如下：
可以看到：对于static静态局部变量的初始化，编译器会自动对它的初始化进行加锁和解锁控制，使静态局部变量的初始化成为线程安全的操作，不用担心多个线程都会初始化静态局部变量，因此上面的懒汉单例模式是线程安全的单例模式！
参考博客：C++设计模式 - 单例模式_大秦坑王 设计模式-CSDN博客
原文地址：https://blog.csdn.net/weixin_56520780/article/details/143584516
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