C++多线程环境下的单例类对象创建
使用C++无锁编程实现多线程下的单例模式
贺志国
2023.8.1
在多线程环境下创建一个类的单例对象,要比单线程环境下要复杂很多。下面介绍在多线程环境下实现单例模式的几种方法。
一、尺寸较小的类单例对象创建
如果待创建的单例类SingletonForMultithread
内包含的成员变量较少,整个类占用的内存空间较小,则可使用局部静态变量来创建单例对象。C++ 11标准保证在进入多线程前,已完成静态类对象的构建。如果类的尺寸较大,静态变量存储栈区无法容纳该类的单例对象,则禁止使用该方法。例如:64位Linux系统默认栈的最大空间为8 MB,64位Windows系统默认栈的最大空间为1 MB,当待创建的单例对象尺寸接近或超过上述栈的默认存储空间时,如使用该方法创建则会导致程序崩溃。示例代码如下所示:
class SmallSingletonForMultithread {public:static SmallSingletonForMultithread& GetInstance() {static SmallSingletonForMultithread instance;return instance;}private:SmallSingletonForMultithread() = default;~SmallSingletonForMultithread() = default;SmallSingletonForMultithread(const SmallSingletonForMultithread&) = delete;SmallSingletonForMultithread& operator=(const SmallSingletonForMultithread&) = delete;SmallSingletonForMultithread(SmallSingletonForMultithread&&) = delete;SmallSingletonForMultithread& operator=(SmallSingletonForMultithread&&) = delete;
};
二、尺寸较大的类单例对象创建(要求显式调用销毁函数来避免内存泄漏)
在实际工作中,由于某些单例类的尺寸较大,静态变量存储栈区无法容纳该单例对象,因此无法使用上述方法来创建单例对象,这时需要使用new
在堆区动态创建单例对象。为了避免多线程环境下对于单例对象的抢夺,可使用C++无锁编程来实现。需要付出的代价就是,最后一个调用者需要显式地调用销毁函数DestoryInstance
来避免内存泄漏,示例代码如下所示:
#include <atomic>
#include <cassert>
#include <mutex>class SingletonForMultithread {public:static SingletonForMultithread* GetInstance() {if (!instance_.load(std::memory_order_acquire)) {auto* new_ptr = new SingletonForMultithread;SingletonForMultithread* old_ptr = nullptr;if (!instance_.compare_exchange_strong(old_ptr, new_ptr,std::memory_order_release,std::memory_order_relaxed)) {// If the CAS operation fails, another thread has created a singleton// object, and it's necessary to delete the temporary object created by// the current thread.delete new_ptr;new_ptr = nullptr;}}return instance_.load(std::memory_order_relaxed);}static void DestoryInstance() {if (instance_.load(std::memory_order_acquire)) {auto* old_ptr = instance_.load(std::memory_order_relaxed);SingletonForMultithread* new_ptr = nullptr;if (instance_.compare_exchange_strong(old_ptr, new_ptr,std::memory_order_release,std::memory_order_relaxed)) {// If the CAS operation succeeds, the current thread obtains the// original object and can safely delete it.delete old_ptr;old_ptr = nullptr;}}}private:SingletonForMultithread() = default;~SingletonForMultithread() = default;SingletonForMultithread(const SingletonForMultithread&) = delete;SingletonForMultithread& operator=(const SingletonForMultithread&) = delete;SingletonForMultithread(SingletonForMultithread&&) = delete;SingletonForMultithread& operator=(SingletonForMultithread&&) = delete;private:static std::atomic<SingletonForMultithread*> instance_;
};// Static member variable initialization
std::atomic<SingletonForMultithread*> SingletonForMultithread::instance_;int main() {auto* singleton = SingletonForMultithread::GetInstance();assert(singleton != nullptr);singleton->DestoryInstance();return 0;
}
三、尺寸较大的类单例对象创建(使用std::unique_ptr<T>
和std::call_once
实现)
很多时候,我们无法显式地调用销毁函数来避免内存泄漏,这时就可借助std::unique_ptr<T>
和std::call_once
来实现,示例代码如下:
#include <cassert>
#include <memory>
#include <mutex>class SingletonForMultithread {public:~SingletonForMultithread() = default;static SingletonForMultithread* GetInstance() {static std::unique_ptr<SingletonForMultithread> instance;static std::once_flag only_once;std::call_once(only_once,[]() { instance.reset(new (std::nothrow) SingletonForMultithread); });return instance.get();}private:SingletonForMultithread() = default;SingletonForMultithread(const SingletonForMultithread&) = delete;SingletonForMultithread& operator=(const SingletonForMultithread&) = delete;SingletonForMultithread(SingletonForMultithread&&) = delete;SingletonForMultithread& operator=(SingletonForMultithread&&) = delete;
};int main() {auto* singleton = SingletonForMultithread::GetInstance();assert(singleton != nullptr);return 0;
}
但我在Ubuntu 20.04
系统上使用GCC 9.4.0
似乎无法正常完成任务,会抛出异常,产生core dump
,原因暂不详。
四、尺寸较大的类单例对象创建(使用std::unique_ptr<T>
和std::atomic_flag
实现)
第三节借助std::unique_ptr<T>
和std::call_once
来实现单例对象的创建,同时避免显式地调用销毁函数来避免内存泄漏。这种方法在Ubuntu 20.04
系统上使用GCC 9.4.0
实现时似乎会导致程序core dump
。于是我们使用std::atomic_flag
替换std::call_once
来完成任务。基本思想如下:首先定义一个静态的无锁标志变量std::atomic_flag start_flag
,并将其初始值设置为ATOMIC_FLAG_INIT
。第一次调用start_flag.test_and_set(std::memory_order_relaxed)
函数时,由于start_flag
的状态是ATOMIC_FLAG_INIT
,该函数返回false
,于是可调用instance.reset(new SingletonForMultithread)
创建单例对象。第二次直至第N次调用start_flag.test_and_set(std::memory_order_relaxed)
函数时,因为start_flag
的状态已被设置,该函数返回true
,创建单例对象的语句instance.reset(new SingletonForMultithread)
永远不会被再次执行,这就达到了只创建一次的目的。同时,因为使用静态的智能指针变量std::unique_ptr<SingletonForMultithread> instance
来管理单例对象,于是不再需要显式地回收内存,只要程序结束,静态变量自动清除,智能指针对象instance
会在其析构函数中释放内存。
由于new
运算符创建单例对象可能耗时较长,为了避免其他线程在单例对象创建到一半的过程中读取到不完整的对象,导致未定义的行为,我们使用另一个原子变量std::atomic<bool> finished
来确保创建动作已正确完成,不选用另一个无锁标志变量std::atomic_flag
的原因是,该类在C++ 20标准前未提供单独的测试函数test
。finished.store(true, std::memory_order_release);
与while (!finished.load(std::memory_order_acquire))
的内存顺序,实现了synchronizes-with
与happens-before
关系,保证在while (!finished.load(std::memory_order_acquire))
成功时,instance.reset(new SingletonForMultithread);
必定执行完毕,单例对象的创建是完整的。
完整的示例代码如下:
#include <atomic>
#include <cassert>
#include <memory>
#include <mutex>
#include <thread>
#include <vector>using namespace std::chrono_literals;namespace {
constexpr size_t kThreadNum = 2000;
}class SingletonForMultithread {public:~SingletonForMultithread() = default;static SingletonForMultithread* GetInstance() {static std::unique_ptr<SingletonForMultithread> instance;static std::atomic_flag start_flag = ATOMIC_FLAG_INIT;static std::atomic<bool> finished(false);if (!start_flag.test_and_set(std::memory_order_relaxed)) {// The object created by the `new` operator may be relatively large and// time-consuming, therefore another atomic variable 'finished' is used to// ensure that other threads read a fully constructed singleton object. Do// not consider using another `std::atomic_flag`. Because it doesn't// provide a separate `test` function before the C++ 20 standard.instance.reset(new (std::nothrow) SingletonForMultithread);finished.store(true, std::memory_order_release);}// Wait in a loop until the singleton object is fully created, using// `std::this_thread::yield()` to save CPU resources.while (!finished.load(std::memory_order_acquire)) {std::this_thread::yield();}return instance.get();}private:SingletonForMultithread() {// Simulate a constructor that takes a relative long time.std::this_thread::sleep_for(10ms);}SingletonForMultithread(const SingletonForMultithread&) = delete;SingletonForMultithread& operator=(const SingletonForMultithread&) = delete;SingletonForMultithread(SingletonForMultithread&&) = delete;SingletonForMultithread& operator=(SingletonForMultithread&&) = delete;
};int main() {std::vector<std::thread> customers;for (size_t i = 0; i < kThreadNum; ++i) {customers.emplace_back(&SingletonForMultithread::GetInstance);}for (size_t i = 0; i < kThreadNum; ++i) {customers[i].join();}auto* singleton = SingletonForMultithread::GetInstance();assert(singleton != nullptr);return 0;
}
相关文章:

C++多线程环境下的单例类对象创建
使用C无锁编程实现多线程下的单例模式 贺志国 2023.8.1 在多线程环境下创建一个类的单例对象,要比单线程环境下要复杂很多。下面介绍在多线程环境下实现单例模式的几种方法。 一、尺寸较小的类单例对象创建 如果待创建的单例类SingletonForMultithread内包含的成…...
“深入解析JVM内部机制:从字节码到垃圾回收“
标题:深入解析JVM内部机制:从字节码到垃圾回收 摘要:本文将从字节码生成、类加载、运行时数据区域和垃圾回收等方面深入解析JVM的内部机制,并通过示例代码展示其工作原理和实践应用。 正文: 一、字节码生成 JVM是基…...
音频系统项目与音频算法研究方向分类
+我V hezkz17进数字音频系统研究开发交流答疑群(课题组) 音频系统项目与音频算法研究方向分类 一 音频系统项目产品分类 1 收音机,数字收音机,复读机 2 耳机,蓝牙耳机,TWS蓝牙耳机, 3 立体声音箱,AI智能音箱, 4 音频功放,车载功放, 5 音响,普通音响,Soundbar音响…...

单例模式和工厂模式
目录 今日良言:关关难过关关过,步步难行步步行 一、单例模式 1.饿汉模式 2.懒汉模式 二、工厂模式 今日良言:关关难过关关过,步步难行步步行 一、单例模式 首先来解释一下,什么是单例模式。 单例模式也就是单个…...

两个镜头、视野、分辨率不同的相机(rgb、红外)的视野校正
文章目录 背景实际效果查找资料资料1资料2 解决方案最终结果 背景 目前在做的项目用到两个摄像头,一个是热成像摄像头、另一个是普通的rgb摄像头。 一开始的目标是让他们像素级重合,使得点击rgb图像时,即可知道其像素对应的温度。但是在尝试…...

kettle 连接jdbc
DM JDBC连接 oracle JDBC连接 PG JDBC连接 SQLSERVER JDBC连接...

PyTorch中加载模型权重 A匹配B|A不匹配B
在做深度学习项目时,从头训练一个模型是需要大量时间和算力的,我们通常采用加载预训练权重的方法,而我们往往面临以下几种情况: 未修改网络,A与B一致 很简单,直接.load_state_dict() net ANet(num_cla…...
@FeignClient指定多个url实现负载均衡
C知道回答的如下: 在使用 FeignClient 调用多个 URL 实现负载均衡时,可以使用 Spring Cloud Ribbon 提供的功能来实现。下面是一个示例代码: 首先,在Spring Boot主类上添加EnableFeignClients注解启用Feign Client功能。 Spring…...

vue diff 双端比较算法
文章目录 双端指针比较策略命中策略四命中策略二命中策略三命中策略一未命中四种策略,遍历旧节点列表新增情况一新增情况二 删除节点双端比较的优势 双端指针 使用四个变量 oldStartIdx、oldEndIdx、newStartIdx 以及 newEndIdx 分别存储旧 children 和新 children …...
初识React: 基础(概念 特点 高效原因 虚拟DOM JSX语法 组件)
1.什么是React? React是一个由Facebook开源的JavaScript库,它主要用于构建用户界面。React的特点是使用组件化的思想来构建界面,使得代码的可复用性和可维护性大大提高。React还引入了虚拟DOM的概念,减少了对真实DOM的直接操作,…...

自监督去噪:Neighbor2Neighbor原理分析与总结
文章目录 1. 方法原理1.1 先前方法总结1.2 Noise2Noise回顾1.3 从Noise2Noise到Neighbor2Neighbor1.4 框架结构2. 实验结果3. 总结 文章链接:https://arxiv.org/abs/2101.02824 参考博客:https://arxiv.org/abs/2101.02824 1. 方法原理 1.1 先前方法总…...

简单工厂模式(Simple Factory)
简单工厂模式,又称为静态工厂方法(Static Factory Method)模式。在简单工厂模式中,可以根据参数的不同返回不同类的实例。简单工厂模式专门定义一个类来负责创建其他类的实例,被创建的实例通常都具有共同的父类。简单工厂模式不属于GoF的23个…...

Agent:OpenAI的下一步,亚马逊云科技站在第5层
什么是Agent?在大模型语境下,可以理解成能自主理解、规划、执行复杂任务的系统。Agent也将成为新的起点,成为各行各业构建新一代AI应用必不可少的组成部分。 对此,初创公司Seednapse AI创始人提出构建AI应用的五层基石理论&#…...

JMeter 4.x 简单使用
文章目录 前言JMeter 4.x 简单使用1. 启动2. 设置成中文3. 接口测试3.1. 设置线程组3.2. HTTP信息请求头管理器3.3. 添加HTTP请求默认值3.4. 添加HTTP cookie 管理3.5. 添加http请求3.5.1. 添加断言 3.6. 添加监听器-查看结果树3.7. 添加监听器-聚合报告 4. 测试 前言 如果您觉…...
深入NLTK:Python自然语言处理库高级教程
在前面的初级和中级教程中,我们了解了NLTK库中的基本和进阶功能,如词干提取、词形还原、n-gram模型和词云的绘制等。在本篇高级教程中,我们将深入探索NLTK的更多高级功能,包括句法解析、命名实体识别、情感分析以及文本分类。 一…...
React 用来解析html 标签的方法
在React中,解析HTML标签通常是使用JSX(JavaScript XML)语法的一部分。JSX允许您在JavaScript代码中编写类似HTML的标记,然后通过React进行解析和渲染。 以下是React中解析HTML标签的几种常见方式: 直接在JSX中使用标…...

【C++】做一个飞机空战小游戏(五)——getch()控制两个飞机图标移动(控制光标位置)
[导读]本系列博文内容链接如下: 【C】做一个飞机空战小游戏(一)——使用getch()函数获得键盘码值 【C】做一个飞机空战小游戏(二)——利用getch()函数实现键盘控制单个字符移动【C】做一个飞机空战小游戏(三)——getch()函数控制任意造型飞机图标移动 【C】做一个飞…...

Flask 是什么?Flask框架详解及实践指南
Flask 是一个轻量级的 Python Web 框架,它被广泛用于构建 Web 应用程序和 API。Flask 简单易用,具有灵活性和可扩展性,是许多开发者喜欢用其构建项目的原因。本文将介绍 Flask 是什么以及如何使用它来构建 Web 应用程序,同时提供一…...

C. Mark and His Unfinished Essay - 思维
分析: 直接模拟操作会mle,可以每次复制记录对应源字符串的下标,可以记录每次字符串增加的长度的左右端点下标,可以发现左端点与读入的l是对应的,因此就可以向前移到l的位置,这样层层递归,就能找…...

Java的变量与常量
目录 变量 声明变量 变量的声明类型 变量的声明方式:变量名 变量名的标识符 初始化变量 常量 关键字final 类常量 总结 变量和常量都是用来存储值和数据的基本数据类型存储方式,但二者之间有一些关键差别。 变量 在Java中,每个变…...
Leetcode 3576. Transform Array to All Equal Elements
Leetcode 3576. Transform Array to All Equal Elements 1. 解题思路2. 代码实现 题目链接:3576. Transform Array to All Equal Elements 1. 解题思路 这一题思路上就是分别考察一下是否能将其转化为全1或者全-1数组即可。 至于每一种情况是否可以达到…...
React Native 导航系统实战(React Navigation)
导航系统实战(React Navigation) React Navigation 是 React Native 应用中最常用的导航库之一,它提供了多种导航模式,如堆栈导航(Stack Navigator)、标签导航(Tab Navigator)和抽屉…...
逻辑回归:给不确定性划界的分类大师
想象你是一名医生。面对患者的检查报告(肿瘤大小、血液指标),你需要做出一个**决定性判断**:恶性还是良性?这种“非黑即白”的抉择,正是**逻辑回归(Logistic Regression)** 的战场&a…...

多模态大语言模型arxiv论文略读(108)
CROME: Cross-Modal Adapters for Efficient Multimodal LLM ➡️ 论文标题:CROME: Cross-Modal Adapters for Efficient Multimodal LLM ➡️ 论文作者:Sayna Ebrahimi, Sercan O. Arik, Tejas Nama, Tomas Pfister ➡️ 研究机构: Google Cloud AI Re…...

dify打造数据可视化图表
一、概述 在日常工作和学习中,我们经常需要和数据打交道。无论是分析报告、项目展示,还是简单的数据洞察,一个清晰直观的图表,往往能胜过千言万语。 一款能让数据可视化变得超级简单的 MCP Server,由蚂蚁集团 AntV 团队…...
代理篇12|深入理解 Vite中的Proxy接口代理配置
在前端开发中,常常会遇到 跨域请求接口 的情况。为了解决这个问题,Vite 和 Webpack 都提供了 proxy 代理功能,用于将本地开发请求转发到后端服务器。 什么是代理(proxy)? 代理是在开发过程中,前端项目通过开发服务器,将指定的请求“转发”到真实的后端服务器,从而绕…...
力扣-35.搜索插入位置
题目描述 给定一个排序数组和一个目标值,在数组中找到目标值,并返回其索引。如果目标值不存在于数组中,返回它将会被按顺序插入的位置。 请必须使用时间复杂度为 O(log n) 的算法。 class Solution {public int searchInsert(int[] nums, …...

手机平板能效生态设计指令EU 2023/1670标准解读
手机平板能效生态设计指令EU 2023/1670标准解读 以下是针对欧盟《手机和平板电脑生态设计法规》(EU) 2023/1670 的核心解读,综合法规核心要求、最新修正及企业合规要点: 一、法规背景与目标 生效与强制时间 发布于2023年8月31日(OJ公报&…...

如何应对敏捷转型中的团队阻力
应对敏捷转型中的团队阻力需要明确沟通敏捷转型目的、提升团队参与感、提供充分的培训与支持、逐步推进敏捷实践、建立清晰的奖励和反馈机制。其中,明确沟通敏捷转型目的尤为关键,团队成员只有清晰理解转型背后的原因和利益,才能降低对变化的…...
vue3 daterange正则踩坑
<el-form-item label"空置时间" prop"vacantTime"> <el-date-picker v-model"form.vacantTime" type"daterange" start-placeholder"开始日期" end-placeholder"结束日期" clearable :editable"fal…...