C++线程安全单例模式详解及实现示例

本文详细解析了如何在C++中实现线程安全的单例模式，单例模式是一种设计模式，确保一个类只有一个实例，并提供全局访问点。文章主要关注的是两种常见的单例模式实现：懒汉模式和饿汉模式。 饿汉模式: 饿汉模式在类定义时就初始化了单例对象，这样在程序启动之初就创建了实例。由于实例在类加载时已创建，不存在多线程同步问题，所以它是线程安全的。模板类`singleton`的实例化代码如下： ```cpp template <class T> T* singleton<T>::GetInstance() { return m_instance; } template <class T> T* singleton<T>::m_instance = new T(); // 在类定义时实例化 ``` 这个模式的名字来源于实例化对象的过程就像一个人在一开始就感到“饥饿”，需要立即获取资源。 懒汉模式: 与之相反，懒汉模式是在第一次调用`GetInstance()`方法时才初始化单例对象。这样可以推迟实例化的时间，直到真正需要时才创建。然而，这种模式在多线程环境中并不自动线程安全，因为在多线程环境下，多个线程可能会同时检测到`m_instance`为`NULL`并尝试创建新实例，导致竞争条件。为了实现线程安全，通常会采用双重检查锁定（Double-Checked Locking）技术： ```cpp template <class T> T* singleton<T>::GetInstance() { if (m_instance == NULL) { std::call_once(initializationFlag, initInstance); } return m_instance; } bool initializationFlag = false; T* singleton<T>::m_instance = nullptr; void singleton<T>::initInstance() { std::lock_guard<std::mutex> lock(mutex); if (m_instance == NULL) { m_instance = new T(); } } ``` 这里引入了`std::call_once`和一个互斥锁`mutex`来确保初始化过程在多线程下仅执行一次。只有当`m_instance`为`NULL`且没有其他线程正在初始化时，才会创建新的实例。 总结来说，C++实现线程安全的单例模式需要注意初始化时机和并发控制，尤其是懒汉模式。通过适当的同步机制，如双重检查锁定，可以确保在多线程环境中正确地保证单例实例的唯一性和线程安全性。这两种模式各有优缺点，开发者需要根据实际应用场景选择合适的实现方式。