【线程】线程安全的单例模式

时间：2024-09-29 16:40:42

什么是单例模式
单例模式是一种 "经典的, 常用的, 常考的" 设计模式.
什么是设计模式
IT行业这么火, 涌入的人很多. 俗话说林子大了啥鸟都有. 大佬和菜鸡们两极分化的越来越严重. 为了让菜鸡们不太拖大佬的后腿, 于是大佬们针对一些经典的常见的场景, 给定了一些对应的解决方案, 这个就是设计模式

单例模式的特点
某些类, 只应该具有一个对象(实例), 就称之为单例.
例如一个男人只能有一个媳妇.
在很多服务器开发场景中, 经常需要让服务器加载很多的数据 (上百G) 到内存中. 此时往往要用一个单例的类来管理这些数据.

饿汉实现方式和懒汉实现方式
[洗完的例子]
吃完饭, 立刻洗碗, 这种就是饿汉方式. 因为下一顿吃的时候可以立刻拿着碗就能吃饭.
吃完饭, 先把碗放下, 然后下一顿饭用到这个碗了再洗碗, 就是懒汉方式.
懒汉方式最核心的思想是 "延时加载". 从而能够优化服务器的启动速度.

饿汉方式实现单例模式

template <typename T>
class Singleton {
    static T data;
public:
    static T* GetInstance() {
    return &data;
}
};

只要通过 Singleton 这个包装类来使用 T 对象, 则一个进程中只有一个 T 对象的实例

懒汉方式实现单例模式

template <typename T>
class Singleton {
    static T* inst;
public:
    static T* GetInstance() {
    if (inst == NULL) {
    inst = new T();
    }
    return inst;
}
};

存在一个严重的问题, 线程不安全.
第一次调用 GetInstance 的时候, 如果两个线程同时调用, 可能会创建出两份 T 对象的实例.
但是后续再次调用, 就没有问题了.

下面把这一篇文章的线程池改为懒汉模式的单例，改动了构造和析构函数，防止构造出第二个对象，多了一个静态的类的指针成员，来获取这个类

线程池

Threadpool.hpp

#pragma once
#include <iostream>
#include <vector>
#include <string>
#include <queue>
#include <pthread.h>
#include "task.hpp"

using namespace std;

struct ThreadInfo
{
    pthread_t tid;
    string name;
};

template <class T>
class ThreadPool
{
public:
    void Lock()
    {
        pthread_mutex_lock(&mutex_);
    }
    void Unlock()
    {
        pthread_mutex_unlock(&mutex_);
    }
    void Threadsleep()
    {
        pthread_cond_wait(&cond_, &mutex_);
    }
    void Wakeup()
    {
        pthread_cond_signal(&cond_);
    }
    bool IsQueueEmpty()
    {
        return tasks_.empty();
    }

    string GetThreadName(pthread_t tid)
    {
        for (const auto &ti : threads_)
        {
            if (ti.tid == tid)
                return ti.name;
        }
        return "None";
    }

public:
    static void *HandlerTask(void *args) // 必须定义为静态函数，这样才不会传this指针过来，才不会导致函数不匹配问题
    {
        ThreadPool<T> *tp = static_cast<ThreadPool<T> *>(args);
        string name = tp->GetThreadName(pthread_self());
        while (true)
        {
            tp->Lock();
            while (tp->IsQueueEmpty())
            {
                tp->Threadsleep();
            }
            // 消费任务
            T t = tp->Pop();
            tp->Unlock();
            // 处理任务
            t();
            cout << name << " run, " << "result: " << t.GetResult() << endl;
        }
        return nullptr;
    }

    void Start()
    {
        int size = threads_.size();
        for (int i = 0; i < size; i++)
        {
            threads_[i].name = "thread-" + to_string(i + 1);
            pthread_create(&(threads_[i].tid), nullptr, HandlerTask, this); // 传入this指针，使静态函数可以访问类内成员和函数
        }
    }
    T Pop()
    {
        T out = tasks_.front();
        tasks_.pop();
        return out;
    }
    void Push(const T &in)
    {
        // 需要加锁
        Lock();
        tasks_.push(in);
        Wakeup();
        Unlock();
    }
    static ThreadPool<T> *GetInstance()
    {
        if (tp_ == nullptr)//???假如已经是空指针了，就不用申请锁进去什么事也没干又释放锁，降低效率
        {
            pthread_mutex_lock(&lock_);//tp_是临界资源需要锁的保护
            if (tp_ == nullptr)
            {
                std::cout << "log: singleton create done first!" << std::endl;
                tp_ = new ThreadPool<T>;
            }
            pthread_mutex_unlock(&lock_);
        }
        return tp_;
    }

private:
    // 把构造析构私有化，和没有必要的拷贝构造和赋值重载delete,防止定义出第二个对象
    ThreadPool(int num = 5) : threads_(num)
    {
        pthread_mutex_init(&mutex_, nullptr);
        pthread_cond_init(&cond_, nullptr);
    }
    ~ThreadPool()
    {
        pthread_mutex_destroy(&mutex_);
        pthread_cond_destroy(&cond_);
    }
    ThreadPool(const ThreadPool<T> &tp) = delete;
    const ThreadPool<T> &operator=(const ThreadPool<T> &tp) = delete;

private:
    vector<ThreadInfo> threads_; // 用数组管理创建出来的线程
    queue<T> tasks_;             // 用队列来管理任务

    pthread_mutex_t mutex_;
    pthread_cond_t cond_;
    static ThreadPool<T> *tp_; // 静态成员在类外定义
    static pthread_mutex_t lock_;
};

template <class T>
ThreadPool<T> *ThreadPool<T>::tp_ = nullptr;

template <class T>
pthread_mutex_t ThreadPool<T>::lock_ = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

main.cc

#include<iostream>
#include<unistd.h>
#include<time.h>
#include"threadpool.hpp"

using namespace std;

int main()
{
    ThreadPool<Task>::GetInstance()->Start();
    while(true)
    {
        //1. 构建任务
        int x = rand() % 10 + 1;
        usleep(10);
        int y = rand() % 5;
        char op = opers[rand()%opers.size()];

        Task t(x, y, op);
        ThreadPool<Task>::GetInstance()->Push(t);
        //2. 交给线程池处理
        std::cout << "main thread make task: " << t.GetTask() << std::endl;

        sleep(1);
    }

}

Task.hpp文件和上面那篇文章的是一样的 

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