asp.net中C++單例實現問題分析

方案一

代碼如下	複製代碼
class QMManager { public:     static QMManager &instance()     {         static QMManager instance_;         return instance_;     } }

這是最簡單的版本，在單線程下(或者是C++0X下)是沒任何問題的，但在多線程下就不行了，因為static QMManager instance_;這句話不是安全執行緒的。
在局部範圍下的靜態變數在編譯時間，編譯器會建立一個附加變數標識靜態變數是否被初始化，會被編譯器變成像下面這樣（虛擬碼）：

代碼如下	複製代碼
static QMManager &instance() {     static bool constructed = false;     static uninitialized QMManager instance_;     if (!constructed) {         constructed = true;         new(&s) QMManager; //construct it     }     return instance_; }

這裡有競爭條件，兩個線程同時調用instance()時，一個線程運行到if語句進入後還沒設constructed值，此時切換到另一線程，constructed值還是false，同樣進入到if語句裡初始設定變數，兩個線程都執行了這個單例類的初始化，就不再是單例了。

方案二
一個解決方案是加鎖：

代碼如下	複製代碼
static QMManager &instance() {     Lock(); //鎖自己實現     static QMManager instance_;     UnLock();     return instance_; }

但這樣每次調用instance()都要加鎖解鎖，代價略大。

方案三
那再改變一下，把內部靜態執行個體變成類的靜態成員，在外部初始化，也就是在include了檔案，main函數執行前就初始化這個執行個體，就不會有線程重入問題了：

代碼如下	複製代碼
class QMManager { protected:     static QMManager instance_;     QMManager();     ~QMManager(){}; public:     static QMManager *instance()     {         return &instance_;     }     void do_something(); }; QMManager QMManager::instance_; //外部初始化

這被稱為餓漢模式，程式一載入就初始化，不管有沒有調用到。

看似沒問題，但還是有坑，在一個2B情況下會有問題：在這個單例類的建構函式裡調用另一個單例類的方法可能會有問題。

看例子：

代碼如下

複製代碼

//.h class QMManager { protected:     static QMManager instance_;     QMManager();     ~QMManager(){}; public:     static QMManager *instance()     {         return &instance_;     } }; class QMSqlite { protected:     static QMSqlite instance_;     QMSqlite();     ~QMSqlite(){}; public:     static QMSqlite *instance()     {         return &instance_;     }     void do_something(); }; QMManager QMManager::instance_; QMSqlite QMSqlite::instance_; //.cpp QMManager::QMManager() {     printf("QMManager constructorn");     QMSqlite::instance()->do_something(); } QMSqlite::QMSqlite() {     printf("QMSqlite constructorn"); } void QMSqlite::do_something() {     printf("QMSqlite do_somethingn"); }

這裡QMManager的建構函式調用了QMSqlite的instance函數，但此時QMSqlite::instance_可能還沒有初始化。

這裡的執行流程：程式開始後，在執行main前，執行到QMManager QMManager::instance_;這句代碼，初始化QMManager裡的instance_靜態變數，調用到QMManager的建構函式，在建構函式裡調用QMSqlite::instance()，取QMSqlite裡的instance_靜態變數，但此時QMSqlite::instance_還沒初始化，問題就出現了。

那這裡會crash嗎，測試結果是不會，這應該跟編譯器有關，待用資料區空間應該是先被分配了，在調用QMManager建構函式前，QMSqlite成員函數在記憶體裡已經存在了，只是還未調到它的建構函式，所以輸出是這樣：

QMManager constructor
QMSqlite do_something
QMSqlite constructor

方案四
那這個問題怎麼解決呢，單例對象作為靜態局部變數有安全執行緒問題，作為類靜態全域變數在一開始初始化，有以上2B問題，那結合下上述兩種方式，可以解決這兩個問題。boost的實現方式是：單例對象作為靜態局部變數，但增加一個輔助類讓單例對象可以在一開始就初始化。如下：

代碼如下

複製代碼

//.h class QMManager { protected:     struct object_creator     {         object_creator()         {             QMManager::instance();         }         inline void do_nothing() const {}     };     static object_creator create_object_;     QMManager();     ~QMManager(){}; public:     static QMManager *instance()     {         static QMManager instance;         return &instance;     } }; QMManager::object_creator QMManager::create_object_; class QMSqlite { protected:     QMSqlite();     ~QMSqlite(){};     struct object_creator     {         object_creator()         {             QMSqlite::instance();         }         inline void do_nothing() const {}     };     static object_creator create_object_; public:     static QMSqlite *instance()     {         static QMSqlite instance;         return &instance;     }     void do_something(); }; QMManager::object_creator QMManager::create_object_; QMSqlite::object_creator QMSqlite::create_object_;

結合方案3的.cpp，這下可以看到正確的輸出和調用了：

QMManager constructor
QMSqlite constructor
QMSqlite do_something

來看看這裡的執行流程：

初始化QMManager類全域靜態變數create_object_
->調用object_creator的建構函式
->調用QMManager::instance()方法初始化單例
->執行QMManager的建構函式
->調用QMSqlite::instance()
->初始化局部靜態變數QMSqlite instance
->執行QMSqlite的建構函式，然後返回這個單例。

跟方案三的區別在於QMManager調用QMSqlite單例時，方案3是取到全域靜態變數，此時這個變數未初始化，而方案四的單例是靜態局部變數，此時調用會初始化。

跟最初方案一的區別是在main函數前就初始化了單例，不會有安全執行緒問題。

最終boost
上面為了說明清楚點去除了模版，實際使用是用模版，不用寫那麼多重複代碼，這是boost庫的模板實現：

代碼如下

複製代碼

template <typename T> struct Singleton {     struct object_creator     {         object_creator(){ Singleton<T>::instance(); }         inline void do_nothing()const {}     };     static object_creator create_object; public:     typedef T object_type;     static object_type& instance()     {         static object_type obj;         //據說這個do_nothing是確保create_object建構函式被調用         //這跟模板的編譯有關         create_object.do_nothing();         return obj;     } }; template <typename T> typename Singleton<T>::object_creator Singleton<T>::create_object; class QMManager { protected:     QMManager();     ~QMManager(){};     friend class Singleton<QMManager>; public:     void do_something(){}; }; int main() {     Singleton<QMManager>::instance()->do_something();     return 0; }

其實Boost庫這樣的實現像打了幾個補丁，用了一些奇技淫巧，雖然確實繞過了坑實現了需求，但感覺挺不好的。