C++单例模式构造时的多线程安全问题的相关请教

277 天前
 Noicdi

我现在在写一个单例模式设计的日志模块。这个日志模块通过 getInstance() 获取日志管理器。

按照了解到的资料,先是使用了双重检查锁。然后又了解到双重检查锁在 new 时可能会因为指令重排,导致取到的指针指向的是还没有构造的空白内存,又上了原子操作保证安全。

在这个过程中,我了解到可以直接在 getInstance() 中声明一个局部静态变量。但是当时我考虑的是,这个局部静态变量在构造时会不会有多线程安全问题,于是没有使用。

class LogManager;

LogManager* getInstance()
{
    static LogManager log_manager;

    return &log_manager;
}

今天在看《 C++ 并发编程实战》时,了解到可以通过 std::call_once() 进行一次完整的初始化。接着往下看,发现书中也推荐了局部静态变量,并提到在 C++11 中,多线程安全问题被解决了。

还有一种初始化过程中潜存着条件竞争:其中一个局部变量为 static 类型,这种变量的在声明后就已经完成初始化。对于多线程调用的函数,这就意味着这里有条件竞争——抢着去定义这个变量。很多在不支持 C++ 11 标准的编译器上,在实践过程中,这样的条件竞争是确实存在的,因为在多线程中,每个线程都认为他们是第一个初始化这个变量线程,或一个线程对变量进行初始化,而另外一个线程要使用这个变量时,初始化过程还没完成。在 C++ 11 标准中,这些问题都被解决了:初始化及定义完全在一个线程中发生,并且没有其他线程可在初始化完成前对其进行处理,条件竞争终止于初始化阶段,这样比在之后再去处理好的多。在只需要一个全局实例情况下,这里提供一个 std::call_once 的替代方案。

《 C++ 并发编程实战》 3.3.1

现在我使用的方案是 std::call_once(),但是我想了解局部静态变量在 c++11 中的多线程安全问题是如何解决的?是否有这方面的资料。感觉直接使用局部静态变量也不错。也想请教一下大家在单例模式中是使用的哪种方式。

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9 条回复
asuraa
277 天前
费这么大劲 你就在 main 开始 的时候 getInstance 一次不行吗?
codehz
277 天前
实践中,编译器会给你生成一个 double checking lock
Crawping
277 天前
你就在单线程中初始化好单实例对象不好么, 伤脑细胞啊
Philippa
277 天前
直接 static 解决了,而且要被共享的 instance 一般也都在某个入口统一处理。
shuax
277 天前
就是编译器自动帮你加个锁呗
blacktail
277 天前
标准保证这里不会有线程安全问题,实际上到底怎么保证的看编译器实现。
Noicdi
277 天前
@codehz #2 翻看 cppref 的局部静态变量发现有这方面的描述,谢谢
wodexinhaoleng
277 天前
静态局部变量是个编译时行为,load 的时候就已经完成了,在 main 之前就初始化好的东西,当然不会有线程安全问题。

“感觉直接使用局部静态变量也不错”,说的很对,双重检查锁初始化单例本来就是早该扫进垃圾堆的东西
Noicdi
277 天前
@wodexinhaoleng #8
std::call_once 也是提到静态局部变量相比之下可能更高效。https://zh.cppreference.com/w/cpp/thread/call_once

静态局部变量通常也是双抽检查锁实现,我觉得与其自己实现双重检查锁不如直接交给编译器,方便又快捷。 https://zh.cppreference.com/w/cpp/language/storage_duration#.E9.9D.99.E6.80.81.E5.B1.80.E9.83.A8.E5.8F.98.E9.87.8F

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