C++Singleton的DCLP(双重锁)实现以及性能测评
本文系原创,转载请注明:http://www.cnblogs.com/inevermore/p/4014577.html
根据维基百科,对单例模式的描述是:
确保一个类只有一个实例,并提供对该实例的全局访问。
从这段话,我们可以得出单例模式的最重要特点:
一个类最多只有一个对象
单线程环境
对于一个普通的类,我们可以任意的生成对象,所以我们为了避免生成太多的类,需要将类的构造函数设置为私有。
所以我们写出第一步:
class Singleton
{
public: private:
Singleton() { }
};
此时在main中就无法直接生成对象:
Singleton s; //ERROR
那么我们想要获取实例,只能借助于类内部的函数,于是我们添加一个内部的函数,而且必须是static函数(思考为什么):
class Singleton
{
public:
static Singleton *getInstance()
{
return new Singleton;
}
private:
Singleton() { }
};
OK,我们可以用这个函数生成对象了,但是每次都去new,无法保证唯一性,于是我们将对象保存在一个static指针内,然后每次获取对象时,先检查该指针是否为空:
class Singleton
{
public:
static Singleton *getInstance()
{
if(pInstance_ == NULL) //线程的切换
{
::sleep(1);
pInstance_ = new Singleton;
} return pInstance_;
}
private:
Singleton() { } static Singleton *pInstance_;
}; Singleton *Singleton::pInstance_ = NULL;
我们在main中测试:
cout << Singleton::getInstance() << endl;
cout << Singleton::getInstance() << endl;
可以看到生成了相同的对象,单例模式编写初步成功。
多线程环境下的考虑
但是目前的代码就真的没问题了吗?
我写出了以下的测试:
class TestThread : public Thread
{
public:
void run()
{
cout << Singleton::getInstance() << endl;
cout << Singleton::getInstance() << endl;
}
}; int main(int argc, char const *argv[])
{
//测试证明了多线程下本代码存在竞争问题 TestThread threads[12];
for(int ix = 0; ix != 12; ++ix)
{
threads[ix].start();
} for(int ix = 0; ix != 12; ++ix)
{
threads[ix].join();
}
return 0;
}
这里注意,为了达到效果,我特意做了如下改动:
if(pInstance_ == NULL) //线程的切换
{
::sleep(1);
pInstance_ = new Singleton;
}
这样故意造成线程的切换。
打印结果如下:
0xb1300468
0xb1300498
0x9f88728
0xb1300498
0xb1300478
0xb1300498
0xb1100488
0xb1300498
0xb1300488
0xb1300498
0xb1300498
0xb1300498
0x9f88738
0xb1300498
0x9f88748
0xb1300498
0xb1100478
0xb1300498
0xb1100498
0xb1300498
0xb1100468
0xb1300498
0xb11004a8
0xb11004a8
很显然,我们的代码在多线程下经不起推敲。
怎么办?加锁! 于是我们再度改进:
class Singleton
{
public:
static Singleton *getInstance()
{
mutex_.lock();
if(pInstance_ == NULL) //线程的切换
pInstance_ = new Singleton;
mutex_.unlock();
return pInstance_;
}
private:
Singleton() { } static Singleton *pInstance_;
static MutexLock mutex_;
}; Singleton *Singleton::pInstance_ = NULL;
MutexLock Singleton::mutex_;
此时测试,无问题。
但是,互斥锁会极大的降低系统的并发能力,因为每次调用都要加锁,等于一群人过独木桥。
我写了一份测试如下:
class TestThread : public Thread
{
public:
void run()
{
const int kCount = 1000 * 1000;
for(int ix = 0; ix != kCount; ++ix)
{
Singleton::getInstance();
}
}
}; int main(int argc, char const *argv[])
{
//Singleton s; ERROR int64_t startTime = getUTime(); const int KSize = 100;
TestThread threads[KSize];
for(int ix = 0; ix != KSize; ++ix)
{
threads[ix].start();
} for(int ix = 0; ix != KSize; ++ix)
{
threads[ix].join();
} int64_t endTime = getUTime(); int64_t diffTime = endTime - startTime;
cout << "cost : " << diffTime / 1000 << " ms" << endl; return 0;
}
开了100个线程,每个调用1M次getInstance,其中getUtime的定义如下:
int64_t getUTime()
{
struct timeval tv;
::memset(&tv, 0, sizeof tv);
if(gettimeofday(&tv, NULL) == -1)
{
perror("gettimeofday");
exit(EXIT_FAILURE);
}
int64_t current = tv.tv_usec;
current += tv.tv_sec * 1000 * 1000;
return current;
}
运行结果为:
cost : 6914 ms
采用双重锁模式
上面的测试,我们还无法看出性能问题,我再次改进代码:
class Singleton
{
public:
static Singleton *getInstance()
{
if(pInstance_ == NULL)
{
mutex_.lock();
if(pInstance_ == NULL) //线程的切换
pInstance_ = new Singleton;
mutex_.unlock();
} return pInstance_;
}
private:
Singleton() { } static Singleton *pInstance_;
static MutexLock mutex_;
}; Singleton *Singleton::pInstance_ = NULL;
MutexLock Singleton::mutex_;
可以看到,我在getInstance中采用了两重检查模式,这段代码的优点体现在哪里?
内部采用互斥锁,代码无论如何是可靠的
new出第一个实例后,后面每个线程访问到最外面的if判断就直接返回了,没有加锁的开销
我再次运行测试,(测试代码不变),结果如下:
cost : 438 ms
啊哈,十几倍的性能差距,可见我们的改进是有效的,仅仅三行代码,却带来了十几倍的效率提升!
尾声
上面这种编写方式成为DCLP(Double-Check-Locking-Pattern)模式,这种方式一度被认为是绝对正确的,但是后来有人指出这种方式在某些情况下也会乱序执行,可以参考Scott的C++ and the Perils of Double-Checked Locking - Scott Meyer
最新文章
- iOS---用Application Loader 上传的时候报错No suitable application records were found. Verify your bundle identifier &#39;xx&#39; is correct
- WebApi系列~在WebApi中实现Cors访问
- Eclipse安装SVN插件总结
- 重学STM32---(三) 中断分组和优先级
- C#打开mdb文件,获取文件下的所有表格,以及获取表格下的所有字段
- linux下安装pkg-config时遇到";glib-2.0>;=2.16";的错
- boost库在工作(33)网络服务端之三
- 【Android Developers Training】 6. 配置Action Bar
- css 图像热区
- ajaxFileUpload onchang上传文件插件第二次失效刷新一次才能再次调用触发change事件
- rt-thread中动态内存分配之小内存管理模块方法的一点理解
- Unity3D 导入aar注意事项
- 使用IcoMoon生成图标字体
- zabbix 实现 iptables 监控
- 二分查找算法(Python版)
- AIX安装CDE,CDE服务开启和关闭
- 手动集成OWIN
- 线性代数之——微分方程和 exp(At)
- 在ListView控件中实现修改功能
- Consecutive Subsequence (DP+map)
热门文章
- DotNETCore 学习笔记 Startup、中间件、静态文件
- 关于Local System/Local Service/Network Service账户
- 废弃sqlite代码,备查
- 同余方程(NOIP2012)
- linux 内核库函数 【转】
- PO-BO-VO-DTO-POJO-DAO
- shiro多realm验证之——shiro实现不同身份使用不同Realm进行验证(转)
- 【QC】安装
- const 作用
- Python与数据结构[0] ->; 链表/LinkedList[0] ->; 单链表与带表头单链表的 Python 实现