Singleton之C++采用静态或者全局变量的实现方案

采用静态或者全局变量的实现方案

由于C++不能保证静态或者全局对象的构造函数的调用顺序以及析构顺序。所以如果程序中有多个用此方法实现的Singleton类，它们之间又有某种构造依赖关系和析构依赖关系，就会造成灾难性的后果。所以，只有当肯定不会有构造和析构依赖关系的情况下，这种实现才是合适的。

>	优点	实现简单,多线程下安全
>	缺点	如果有多个Singleton对象的创建顺序有依赖时，千万别用；不是lazy loading，有些浪费。

Meyers Singleton来控制构造顺序,但是不能控制析构顺序

Scott Meyer在<>3rd Item4中提出了一个解决方案，当将non-local static变量移动到静态方法中成为local static变量的时候。C++保证当第一次静态方法被调用的时候，才会创建该静态变量。但是这里有一个疑问，创建顺序能够被控制了，可是析构顺序呢？我们只知道进程结束的时候，local static 变量会被析构，而且按照创建顺序的相反顺序进行。如果几个Singleton类的析构函数之间也有依赖关系，并且这种依赖顺序关系和LIFO顺序冲突，就会造成dead-reference问题。

>	优点	实现简单；用的时候才创建，比较节省。
>	缺点	多线程下不安全；如果有多个Singleton对象的析构顺序有依赖时，要小心

DCLP 98标准下是不可靠的，0x标准下是可靠的

DCLP 就是 Double-checked locking pattern.用于在多线程环境下保证只创建Singleton对象。第一次check不用加锁，但是第二次check和创建对象必须加锁。还要注意编译器可能会优化代码，导致DCLP模式失效。因此要使用volatile 修饰T* pInstance变量。先看一下 DCLP的实现代码：

class Singleton {
public:
    static Singleton* instance() {
        if (pInstance == 0) {
            Lock lock;
            if (pInstance == 0) {
                pInstance = new Singleton;
            }
        }
        return pInstance;
    }
private:
    static Singleton * volatile pInstance;
    Singleton(){
    }
};

在c++98标准下，这是不可靠的。原因有三点：

 一，执行顺序得不到保证。编译器会优化代码，从而改变执行顺序。         

pInstance = new Singleton; 这个语句会分成三步完成：

1.分配内存，

2.在已经分配的内存上调用构造函数创建对象，

3.将对象赋值给指针pInstance.

但是这个顺序很可能会被改变为1，3，2。如果A线程在1，3执行完后，B线程执行第一个条件判断if(pInstance ==0),此时锁不能起到保护作用。B线程会认为pInstance已经指向有效对象，可以去使用了。嘿嘿，灾难发生。主要原因是C++98标准中没有包含多线程，只假定是单线程，编译器的优化行为无视多线程环境，因此产生的优化代码可能会被去掉你的代码或者改变执行顺序。我们没有办法在98标准的采用标准c++语言来解决这个问题，只能采用平台相关的多线程API和与之兼容的编译器来解决。因此，从本质上来说，基于98标准，此问题无解。

 二，volatile对于执行顺序也没有帮助。

 三，多处理器的系统，B处理器看到变量值的顺序可能和A处理器写变量值的顺序不一致。

 详细解释请参考Scott Meyers and Andrei Alexandrescu的论文： 

技术总是发展的，2011标准的出台给DCLP带来了曙光，真的还能用么，拭目以待吧. 让我们先下个结论：

>	缺点	98标准下不可用
>	优点	让我们接受教育，包括Andrei和Scott meyer都犯过错。

Andrei说4.11 scott meyer阐述了0x标准下，由于有了线程概念，内存模型，sequence point被sequenced before 和 happens before取代, 有了atomic等等,DCLP又可以复活了。  具体谈了什么呢？我还没有找到相关的文档。

简单锁

于是又回到老土的锁方案，其实注意一下调用，还是能够提高效率的。

class Singleton {
public:
    static Singleton* instance() {
        Lock lock;
        if (pInstance == 0) {
            pInstance = new Singleton;
        }
        return pInstance;
    }
private:
    static Singleton * volatile pInstance;
    Singleton(){
    }
};

客户调用时，在每个线程的开头都获得Singleton* p = Singleton::instance();以后就一直使用这个p变量，应该说还是能有效的降低同步的机会。避免频繁调用Singleton::instance()->就好。

>	优点	实现简单，线程安全
>	缺点	客户需要意识到，并且遵守少调用的原则。

 

程序开始之前创建Singleton对象

严格来说，这是个策略。将要初始化的放到程序最开始初始化。在这个策略下，以上几种方案都是可以的，包括DCLP。因为总是在单线程中创建对象。

原文