Question

以下单例实现数据是否免费？

static std::atomic<Tp *> m_instance;
...

static Tp &
instance()
{
    if (!m_instance.load(std::memory_order_relaxed))
    {
        std::lock_guard<std::mutex> lock(m_mutex);
        if (!m_instance.load(std::memory_order_acquire))
        {
            Tp * i = new Tp;
            m_instance.store(i, std::memory_order_release);    
        }    
    }

    return * m_instance.load(std::memory_order_relaxed);
}

加载操作的std::memory_model_acquire是多余的吗？是否可以通过将其切换到std::memory_order_relaxed来进一步放宽加载和存储操作？在这种情况下，std::mutex的获取/释放语义是否足以保证其正确性，或者还需要进一步std::atomic_thread_fence(std::memory_order_release)以确保构造函数的内存写入发生在轻松存储之前？然而，使用栅栏等同于商店memory_order_release？

编辑：感谢John的回答，我想出了以下应该是数据竞争的实现。尽管内部负载可能完全是非原子的，但我决定放弃一个宽松的负载，因为它不会影响性能。与总是具有获取内存顺序的外部负载相比，thread_local机器提高了访问大约一个数量级的实例的性能。

static Tp &
instance()
{
    static thread_local Tp *instance;

    if (!instance && 
        !(instance = m_instance.load(std::memory_order_acquire)))
    {
        std::lock_guard<std::mutex> lock(m_mutex);
        if (!(instance = m_instance.load(std::memory_order_relaxed)))
        {
            instance = new Tp; 
            m_instance.store(instance, std::memory_order_release);    
        }    
    }
    return *instance;
}

Answer 1

我认为这是一个很好的问题，John Calsbeek有正确的答案。

但是，要明确一个懒惰的单身人士最好使用经典的迈耶斯单身人士来实现。它在C ++ 11中保证了正确的语义。

§6.7.4

......如果控制进入在初始化变量的同时声明，并发执行应该等待完成初始化。 ...

Meyer的单例是首选，因为编译器可以积极地优化并发代码。如果必须保留std::mutex的语义，编译器将受到更多限制。此外，迈耶的单身人士 2行，几乎不可能出错。

以下是迈耶单身人士的典型例子。简单，优雅，在c ++ 03中破碎。但在c ++ 11中简单，优雅，强大。

class Foo
{
public:
   static Foo& instance( void )
   {
      static Foo s_instance;
      return s_instance;
   }
};

Answer 2

该实施不无种族。单例的原子存储虽然使用了释放语义，但只会与匹配的获取操作同步 - 即，已经由互斥锁保护的加载操作。

在锁定线程初始化单例之前，外部宽松载荷可能会读取非空指针。

另一方面，被锁保护的获取是多余的。它将与另一个线程上具有发布语义的任何商店同步，但此时（由于互斥锁），可能存储的唯一线程是当前线程。这个负载甚至不需要是原子的 - 没有商店可以从另一个线程发生。

请参阅Anthony Williams' series on C++0x multithreading。

Answer 3

另见call_once。如果您之前使用单例执行某些操作，但实际上并未将返回的对象用于任何操作，则call_once可能是更好的解决方案。对于常规单例，你可以做call_once来设置一个（全局？）变量，然后返回该变量......

为简洁而简化：

template< class Function, class... Args>
void call_once( std::once_flag& flag, Function&& f, Args&& args...);

执行恰好一个函数的执行，作为f传递给组（相同标志对象）中的调用。
在成功完成上述所选功能的执行之前，组中没有调用返回

C ++ 11中的Double-Checked Lock Singleton

3 个答案: