单例模式---线程安全实现

1.单例模式的特点😊

1.全局只有一个类的static实例存在；
2.不允许直接实例化，构造函数为私有的，只通过一个类的静态方法获取该实例；

2.单例模式两种实现🤣🤗😊

2.1 饿汉式

  饿汉式是在类加载的时候就会创造实例，会造成资源的浪费。 具体：内部先定义并初始化好了一个静态实例。获取方法中直接返回实例。
特点：线程安全，会造成资源浪费

实现：

class Singleton {
private:static Singleton instance;// 私有构造函数，防止类外实例化对象Singleton() {}public:// 获取实例的静态方法static Singleton& getInstance() {return instance;}// 其他成员函数void doSomething() {// do something}
};// 静态成员变量需要在类外初始化
Singleton Singleton::instance;int main() {// 获取单例对象实例Singleton& singleton = Singleton::getInstance();// 调用单例对象的方法singleton.doSomething();return 0;
}

2.2 懒汉式

懒汉式是在需要时才创建实例，通过获取实例方法获取实例。
具体：内部定义一个静态实例，获取方法中判断实例是否为空，空则初始化实例；否则返回该实例
特点：避免资源浪费，造成线程安全问题。
实现

class Singleton {
private:// 静态成员变量，用于保存单例实例static Singleton* instance;// 构造函数私有化，防止外部创建实例Singleton() {}public:// 静态成员函数，用于获取单例实例static Singleton* getInstance() {// 判断实例是否为空，如果为空则创建实例if (instance == nullptr) {instance = new Singleton();}return instance;}// 删除拷贝构造函数和拷贝赋值运算符，防止被复制Singleton(const Singleton&) = delete;Singleton& operator=(const Singleton&) = delete;
};Singleton* Singleton::instance = nullptr;  // 初始化静态成员变量int main() {// 获取单例实例Singleton* singleton1 = Singleton::getInstance();Singleton* singleton2 = Singleton::getInstance();// 判断两个实例是否相同if (singleton1 == singleton2) {cout << "两个实例相同" << endl;} else {cout << "两个实例不相同" << endl;}return 0;
}

3.传统单例模式的线程安全问题

饿汉式是线程安全的，懒汉式不是
当多线程执行getInstance时候，如果线程A判断当前实例为空，线程B正好判断到也为空，就会申请资源；当线程A恢复了后，继续执行，也会申请内存空间；就会出现两个实例，这就会出现问题；

4.解决方法

4.1静态局部变量

class Singleton {
private:Singleton() {}public:static Singleton* getInstance() {static Singleton instance;return &instance;}
};

4.2加锁

class Singleton {
private:// 静态成员变量，用于保存单例实例static Singleton* instance;// 构造函数私有化，防止外部创建实例Singleton() {}public:// 静态成员函数，用于获取单例实例static Singleton* getInstance() {// 判断实例是否为空，如果为空则创建实例Mutexlock lock(mutex);//加锁if (instance == nullptr) {instance = new Singleton();}return instance;}// 删除拷贝构造函数和拷贝赋值运算符，防止被复制Singleton(const Singleton&) = delete;Singleton& operator=(const Singleton&) = delete;
};Singleton* Singleton::instance = nullptr;  // 初始化静态成员变量int main() {// 获取单例实例Singleton* singleton1 = Singleton::getInstance();Singleton* singleton2 = Singleton::getInstance();// 判断两个实例是否相同if (singleton1 == singleton2) {cout << "两个实例相同" << endl;} else {cout << "两个实例不相同" << endl;}return 0;
}

4.3双重检查锁（DCL）

class Singleton {
private:// 静态成员变量，用于保存单例实例static Singleton* instance;// 构造函数私有化，防止外部创建实例Singleton() {}public:// 静态成员函数，用于获取单例实例static Singleton* getInstance() {// 判断实例是否为空，如果为空则创建实例if (instance == nullptr) {Mutexlock lock(mutex);if(instance==nullptr)instance = new Singleton();}return instance;}// 删除拷贝构造函数和拷贝赋值运算符，防止被复制Singleton(const Singleton&) = delete;Singleton& operator=(const Singleton&) = delete;
};Singleton* Singleton::instance = nullptr;  // 初始化静态成员变量int main() {// 获取单例实例Singleton* singleton1 = Singleton::getInstance();Singleton* singleton2 = Singleton::getInstance();// 判断两个实例是否相同if (singleton1 == singleton2) {cout << "两个实例相同" << endl;} else {cout << "两个实例不相同" << endl;}return 0;
}

4.4pthread_once

#include<iostream>
class singleton{
public:
static singleton& getinstance()
{
pthread_once(&ponce,init);//保证该函数只被执行一次
return instance;
}
private:
static void init()
{
instance=new singleton();
}
singleton(){}
~singleton(){}
static pthread_once_t  ponce;
static singleton* instance;
};
singleton::ponce=PTHREAD_ONCE_INIT;
singleton::instance=nullptr;