想必每一位程序员都对设计模式中的单例模式非常的熟悉吧，以往我们用C++实现一个单例模式需要写以下代码：
1 class CSingleton 2 { 3 private: 4 CSingleton() //构造函数是私有的 5 { 6 } 7 static CSingleton *m_pInstance; 8 public: 9 static CSingleton * GetInstance() 10 { 11 if (m_pInstance == NULL) //判断是否第一次调用 12 m_pInstance = new CSingleton(); 13 return m_pInstance; 14 } 15 }; |
当然，这份代码在单线程环境下是正确无误的，但是当拿到多线程环境下时这份代码就会出现race condition，因此为了能在多线程环境下实现单例模式，我们首先想到的是利用同步机制来正确的保护我们的shared data，于是在多线程环境下单例模式代码就变成了下面这样：
1 class CSingleton 2 { 3 private: 4 CSingleton() //构造函数是私有的 5 { 6 } 7 static CSingleton *m_pInstance; 8 mutex mtx; 9 public: 10 static CSingleton * GetInstance() 11 { 12 mtx.lock(); 13 if (m_pInstance == NULL) //判断是否第一次调用 14 m_pInstance = new CSingleton(); 15 mtx.unlock(); 16 return m_pInstance; 17 } 18 }; |
正确是正确了，问题是每次调用GetInstance函数都要进入临界区，尤其是在heavy contention情况下函数将会成为系统的性能瓶颈，我们伟大的程序员发现我们不必每次调用GetInstance函数时都去获取锁，只是在第一次new这个实例的时候才需要同步，所以伟大的程序员们发明了著名的DCL技法，即Double Check Lock，代码如下：
1 Widget* Widget::pInstance{ nullptr }; 2 Widget* Widget::Instance() { 3 if (pInstance == nullptr) { // 1: first check 4 lock_guard<mutex> lock{ mutW }; 5 if (pInstance == nullptr) { // 2: second check 6 pInstance = new Widget(); 7 } 8 } 9 return pInstance; 10 } |
曾今有一段时间，这段代码是被认为正确无误的，但是一群伟大的程序员们发现了其中的bug！并且联名上书表示这份代码是错误的。要解释其中为什么出现了错误，需要读者十分的熟悉memory model，这里我就不详细的说明了，一句话就是在这份代码中第三行代码：if (pInstance == nullptr)和第六行代码pInstance = new Widget();没有正确的同步，在某种情况下会出现new返回了地址赋值给pInstance变量而Widget此时还没有构造完全，当另一个线程随后运行到第三行时将不会进入if从而返回了不完全的实例对象给用户使用，造成了严重的错误。在C++11没有出来的时候，只能靠插入两个memory barrier来解决这个错误，但是C++11已经出现了好几年了，其中我认为最重要的是引进了memory model，从此C++11也能识别线程这个概念了！
