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我们来看看利用Singlton模式来编程的几个细节.

首先是线程安全问题, 我们的Instance方法只在第一次创建类的实例, 但是如果有两个线程同时访问Instance. 则存在潜在风险.

来分析一下, 假设有两个线程A, B. 当A进入Instance(), 发现该对象还没有创建, 进入if()分支. 此时由于时间片到或者被抢占等原因, 线程A被挂起, 开始运行线程B. 此时B也调用Instance()同时也发现对象没有创建, 进入if()分支创建了一个类对象. 二当A线程再次运行回来的时候它会再创建一个类对象. 最终B线程创建的类对象, 我们已经没有办法再找到他了,  造成了内存的泄露.

解决这个问题的办法很显然就是加入线程资源同步的手段. 为了跟开发平台无关, 我们 假设有一个Mutex互斥信号量的类. 看下面的改进代码.

template<typename T><br /> class Singleton<br /> {<br /> public:<br /> static T *Instance (void)<br /> {<br /> m_Mutex.Lock(); // 进入临界段<br /> if(m_pInstance == NULL)<br /> {<br /> m_pInstance = new T;<br /> }<br /> m_Mutex.Unlock(); // 退出临界段<br /> return m_pInstance;<br /> }<br /> private:<br /> Singleton (void) {}<br /> ~Singleton (void) {} </p> <p> static T *m_pInstance;<br /> static Mutex m_Mutex;<br /> }; </p> <p>template<typename T><br /> T *Singleton<T>::m_pInstance = NULL; </p> <p>template<typename T><br /> Mutex Singleton<T>::m_Mutex;

由于增加了互斥信号量的保护, 同一时间只有一个线程可以进入到临界代码段, 确保了安全性.

我们再来看效率问题, 绝大部分时候调用Instance方法去获得类实例时, 都会执行Lock, Unlock. 而我们设计的本意是保证这个对象还没创建的时候才需要保护. 因此我们可以在Lock机制外面再增加一次对资源的判断, 完美的解决了这个问题.

template<typename T><br /> class Singleton<br /> {<br /> public:<br /> static T *Instance (void)<br /> {<br /> if (m_pInstance == NULL) // 先判断要创建的对象否已经存在<br /> {<br /> m_Mutex.Lock(); // 进入临界段<br /> if(m_pInstance == NULL)<br /> {<br /> m_pInstance = new T;<br /> }<br /> m_Mutex.Unlock(); // 退出临界段<br /> }<br /> return m_pInstance;<br /> }<br /> private:<br /> Singleton (void) {}<br /> ~Singleton (void) {} </p> <p> static T *m_pInstance;<br /> static Mutex m_Mutex;<br /> }; </p> <p>template<typename T><br /> T *Singleton<T>::m_pInstance = NULL; </p> <p>template<typename T><br /> Mutex Singleton<T>::m_Mutex;

接下来让我们关注一下内存的问题, 首先理解二点:

第一, 这里声明Singleton<T>模板类的构造,析构为private的, 因为我们不需要创建任何一个Singleton<T>的对象. 我们只是通过它的接口去创建具体的某种功能类实例.

第二, 对于Singleton<T>类中的静态成员我们不必担心他们本身的内存问题, 因为静态成员与全局变量是一样的, 构造和析构是在main()之前和之后自动调用.

因此我们要关注的就是被创建的功能类如何释放的问题. 在上一篇中我将所有功能类的析构声明为public. 让在main的最后面使用delete来删除所创建的对象. 这样看似解决了内存泄露的问题. 但是在实际应用中我们会很多地方要使用到功能类. 如何去确定删除的时机? 这是很头疼的问题.  能想到的最好的方法就是让这个对象在main之后自动析构. 为了达到这个目的, 我们使用auto_ptr<T>这个智能指针模板类来管理功能类对象的内存. 看下面代码块

#include <iostream><br /> #include <memory> </p> <p>using namespace std; </p> <p>template<typename T><br /> class Singleton<br /> {<br /> public:<br /> static T *Instance (void)<br /> {<br /> if (m_pInstance.get() == NULL)<br /> {<br /> m_Mutex.Lock();<br /> if(m_pInstance.get() == NULL)<br /> {<br /> m_pInstance.reset(new T);<br /> }<br /> m_Mutex.Unlock();<br /> }<br /> return m_pInstance.get();<br /> }<br /> private:<br /> Singleton (void) {}<br /> ~Singleton (void) {} </p> <p> static auto_ptr<T> m_pInstance;<br /> static Mutex m_Mutex;<br /> };</p> <p>template<typename T><br /> auto_ptr<T> Singleton<T>::m_pInstance;</p> <p>template<typename T><br /> Mutex Singleton<T>::m_Mutex;</p> <p>class Mouse<br /> {<br /> public:<br /> void Move (void) { cout << "Move Mouse" << endl; } </p> <p>private:<br /> Mouse (void) { cout << "Create Mouse" << endl; }<br /> ~Mouse (void) { cout << "Destory Mouse" << endl; } </p> <p> friend class auto_ptr<Mouse>;<br /> friend class Singleton<Mouse>;<br /> }; </p> <p>class Printer<br /> {<br /> public:<br /> void Print (void) { cout << "Print pape" << endl; } </p> <p>private:<br /> Printer (void) { cout << "Create Printer" << endl; }<br /> ~Printer (void) { cout << "Destory Printer" << endl; } </p> <p> friend class auto_ptr<Printer>;<br /> friend class Singleton<Printer>;<br /> }; </p> <p>int main (void)<br /> {<br /> Mouse *p1 = Singleton<Mouse>::Instance(); // 控制台 : Create Mouse<br /> p1->Move(); // 控制台 : Move Mouse </p> <p> Printer *p2 = Singleton<Printer>::Instance(); // 控制台 : Create Printer<br /> p2->Print(); // 控制台 : Move Printer </p> <p> return 0;<br /> // auto_ptr<T>自动析构p1, p2指向的对象<br /> }<br />

上面将所有功能类的析构声明private, 这里外部不能任意去delete. 同时将auto_ptr<T>声明为功能类的友元, 使得auto_ptr的析构中能够去调用功能类的private析构函数. 从而实现内存释放.

好了, 说了这么多, 最终给出一个Ready to Run的Singleton.h并用一个main.cpp例子演示.

Singleton.h
#ifndef _SINGLETON_H_<br /> #define _SINGLETON_H_</p> <p>#include <iostream><br /> #include <memory></p> <p>#include "Mutex.h" </p> <p>using namespace std; </p> <p>template<typename T><br /> class Singleton<br /> {<br /> public:<br /> static T *Instance (void)<br /> {<br /> if (m_pInstance.get() == NULL)<br /> {<br /> m_Mutex.Lock();<br /> if(m_pInstance.get() == NULL)<br /> {<br /> m_pInstance.reset(new T);<br /> }<br /> m_Mutex.Unlock();<br /> }<br /> return m_pInstance.get();<br /> }<br /> private:<br /> Singleton (void) {}<br /> ~Singleton (void) {} </p> <p> static auto_ptr<T> m_pInstance;<br /> static Mutex m_Mutex;<br /> };</p> <p>template<typename T><br /> auto_ptr<T> Singleton<T>::m_pInstance;</p> <p>template<typename T><br /> Mutex Singleton<T>::m_Mutex;</p> <p>#define DECLARE_SINGLETON_CLASS(type) /<br /> friend class auto_ptr<type>;/<br /> friend class Singleton<type></p> <p>#endif;

main.cpp

#include "Singleton.h"</p> <p>class Mouse<br /> {<br /> public:<br /> void Move (void) { cout << "Move Mouse" << endl; } </p> <p>private:<br /> Mouse (void) { cout << "Create Mouse" << endl; }<br /> ~Mouse (void) { cout << "Destory Mouse" << endl; } </p> <p> DECLARE_SINGLETON_CLASS(Mouse);<br /> };<br /> typedef Singleton<Mouse> MouseSingleton;</p> <p>class Printer<br /> {<br /> public:<br /> void Print (void) { cout << "Print pape" << endl; } </p> <p>private:<br /> Printer (void) { cout << "Create Printer" << endl; }<br /> ~Printer (void) { cout << "Destory Printer" << endl; } </p> <p> DECLARE_SINGLETON_CLASS(Printer);<br /> };<br /> typedef Singleton<Printer> PrinterSingleton;</p> <p>int main (void)<br /> {<br /> Mouse *p1 = MouseSingleton::Instance(); // 控制台 : Create Mouse<br /> p1->Move(); // 控制台 : Move Mouse </p> <p> Printer *p2 = PrinterSingleton::Instance(); // 控制台 : Create Printer<br /> p2->Print(); // 控制台 : Move Printer </p> <p> return 0;<br /> // 自动析构p1, p2指向的对象<br /> }