【Linux】：线程安全的单例模式
线程安全的单例模式
- 一.STL和智能指针的安全
- 二.单例模式
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- 1.基本概念
- 2.懒汉和饿汉的实现方式
- 三.常见的其它锁
- 四.读者写者模型
一.STL和智能指针的安全
1.STL中的容器是否是线程安全的?
不是. 原因是, STL 的设计初衷是将性能挖掘到极致, 而一旦涉及到加锁保证线程安全, 会对性能造成巨大的影响.而且对于不同的容器,加锁方式的不同, 性能可能也不同(例如hash表的锁表和锁桶).因此 STL 默认不是线程安全. 如果需要在多线程环境下使用,往往需要调用者自行保证线程安全。
2.智能指针是否是线程安全的?
对于 unique_ptr, 由于只是在当前代码块范围内生效, 因此不涉及线程安全问题.
对于 shared_ptr, 多个对象需要共用一个引用计数变量, 所以会存在线程安全问题. 但是标准库实现的时候考虑到了这个问题, 基于原子操作(CAS)的方式保证 shared_ptr 能够高效, 原子的操作引用计数.
二.单例模式
1.基本概念
1.什么是单例模式
单例模式是一种 “经典的, 常用的, 常考的” 设计模式。
2.单例模式的特点
某些类, 只应该具有一个对象(实例), 就称之为单例。
3.单例模式常见的两种设计方式
饿汉方式和懒汉方式。
举个例子：
吃完饭, 立刻洗碗, 这种就是饿汉方式. 因为下一顿吃的时候可以立刻拿着碗就能吃饭.
吃完饭, 先把碗放下, 然后下一顿饭用到这个碗了再洗碗, 就是懒汉方式.
换言之，当我们申请空间时，饿汉是立马申请；懒汉是延时申请（当我们真的需要使用时再申请）。懒汉的优势在于可以提高我们的运行速度，因为它把申请空间的所需的时间延后了，所以我们当前运行就会变快。再例如打开一个游戏，10个G，懒汉先加载要使用的，剩下的等需要时再加载，这样游戏的运行速度变快了。
2.懒汉和饿汉的实现方式
伪代码
两者的主要区别在于，一个是直接创建对象，一个是先创建的对象指针，等需要时再new一个对象。static修饰的是静态变量，也是全局变量的一种，也就意味着饿汉是在程序加载到内存时就要创建对象，而懒汉不需要，所以懒汉提高了运行效率。
懒汉模式的线程安全问题
很明显，在进行多并发时，懒汉模式会存在安全问题。当一个线程判断完if后，正准备new对象，结果就被替换了，接着又来一个线程进行if判断也能通过，这样就造成了new了多个对象。解决方法也很简单，在if前面加锁就行了。进一步优化一下：当第一个对象被new出来后，其实就不再需要锁了，这样重复的加锁，解锁也会对性能造成影响，所以再在锁的前面套一个if判断，下面是优化版本。
三.常见的其它锁
- 悲观锁：在每次取数据时，总是担心数据会被其他线程修改，所以会在取数据前先加锁（读锁，写锁，行锁等），当其他线程想要访问数据时，被阻塞挂起。
- 乐观锁：每次取数据时候，总是乐观的认为数据不会被其他线程修改，因此不上锁。但是在更新数据前，会判断其他数据在更新前有没有对数据进行修改。主要采用两种方式：版本号机制和CAS操作。
- CAS操作：当需要更新数据时，判断当前内存值和之前取得的值是否相等。如果相等则用新值更新。若不等则失败，失败则重试，一般是一个自旋的过程，即不断重试。
自旋锁：
这个锁与之前的锁有些区别，之前的锁都称作挂起等待锁，顾名思义就是获取锁失败后把自己挂起。但该锁不一样，它获取锁失败后不让自己挂起，而由线程周而复始的去申请锁，在申请锁的过程中不断检测锁的状态的过程就叫做自旋。
很明显，这个过程是消耗时间的，所以使用自旋锁一般在临界资源释放时间很短的情况下使用。
第一个函数申请锁失败后会直接挂起，而第二个函数申请锁失败后会返回失败。所以实现一个自旋锁直接用第二个函数再外加一个while循环即可。
当然，pthread库直接提供了自旋锁的接口。
自旋锁阻塞版本也并不是挂起，实际上就是底层封装了while循环，当申请锁失败后一直循环，看到的效果就是阻塞了。非阻塞版本就是没有封装while。
当然该锁也有初始化，解锁，销毁…与互斥锁基本一致。
总结：对于用户而言，自旋锁#其它锁区别在于一个不会将线程挂起，一个会挂起罢了。
四.读者写者模型
读写锁
在编写多线程的时候，有一种情况是十分常见的。那就是，有些公共数据修改的机会比较少。相比较改写，它们读的机会反而高的多。通常而言，在读的过程中，往往伴随着查找的操作，中间耗时很长。给这种代码段加锁，会极大地降低我们程序的效率。那么有没有一种方法，可以专门处理这种多读少写的情况呢？ 有，那就是读写锁。
加锁：读者加锁和写者加锁是不同的
写者。
读者。
读写者模型有一个特点：读者优先。因为读者的数量一般情况下是远远大于写者的，所以在竞争锁时，读者有更大的概率得到锁，可能会导致写者一直得不到锁，从而造成线程饥饿问题。注意：这里的线程饥饿是一个中性词，因为这本是它的特点。当然我们也可以通过修改代码来实现写者优先。
为了更好的理解，下面是伪代码
