Linux--线程安全的单例模式--自旋锁--0211

1. 线程安全的单例模式

1.1 什么是单例模式

某些类, 只应该具有一个对象(实例), 就称之为单例.

1.1.1 懒汉方式实现单例模式

以上篇博文的线程池为例

Liunx--线程池的实现--0208 09_Gosolo！的博客-CSDN博客

• 实现懒汉模式首先要先将构造函数私有化，并禁止生成默认的拷贝构造函数,赋值运算符重载，不能随意的构造出来对象。
• 其次增加一个静态的线程池对象，才符合单例的条件。
• 然后需要有一个函数可以用来构造对象，由于该函数需要知道静态线程池对象是否不为空，也就是需要访问静态成员，所以该函数也必须是静态的

template<class T>
class ThreadPool
{//...
private:ThreadPool(int thread_num=g_thread_num):num_(thread_num){//创造线程的空间 构造线程for(int i=1;i<=num_;i++){//每个线程的编号 回调函数 输出型参数threads_.push_back(new Thread(i,routine,this)); }pthread_mutex_init(&lock,nullptr);pthread_cond_init(&cond,nullptr);}ThreadPool(const ThreadPool<T>& other)=delete;const ThreadPool<T> operator=(const ThreadPool<T>& other)=delete;//...
public:static ThreadPool<T>* getThreadPool(int num=g_thread_num){if(nullptr==thread_ptr){thread_ptr=new ThreadPool<T>(num);}return thread_ptr;}
private:std::vector<Thread*> threads_;int num_;std::queue<T> task_queue_;pthread_mutex_t lock;//保护临界区(任务队列)的一把锁pthread_cond_t cond;static ThreadPool<T>* thread_ptr;//静态成员 在类外初始化
};
template<class T>
ThreadPool<T>* ThreadPool<T>::thread_ptr =nullptr;

 问题：

由于我们这个项目是线程池，有没有可能多个线程同时访问getThreadPool函数，都进入到了thread_ptr与nullptr这一步判断？

会的，这里是线程不安全的，我们需要加锁以保证安全。

1.1.2 懒汉方式实现线程安全的单例模式

在静态成员函数中加锁，所以该锁也需要是静态的成员变量。

template<class T>
class ThreadPool
{//...
private:ThreadPool(){}
public:static ThreadPool<T>* getThreadPool(int num=g_thread_num){if(nullptr==thread_ptr){//lockGuard lockguard(&mutex); 锁的封装 详细见上篇博文pthread_mutex_lock(&mutex);if(nullptr==thread_ptr){thread_ptr=new ThreadPool<T>(num);}pthread_mutex_unlock(&mutex);}return thread_ptr;}
private:std::vector<Thread*> threads_;int num_;std::queue<T> task_queue_;pthread_mutex_t lock;//保护临界区(任务队列)的一把锁pthread_cond_t cond;static ThreadPool<T>* thread_ptr;//静态成员 在类外初始化static pthread_mutex_t mutex ;//静态成员 在类外初始化
};
template<class T>
ThreadPool<T>* ThreadPool<T>::thread_ptr =nullptr;
template<class T>
pthread_mutex_t ThredPool<T>::mutex=PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;//静态的锁不需要手动释放

 问题：

为什么要判断两次呢？

其他线程想要调用该函数时，如果没有最外层的判断就一定会进行申请锁、释放锁的操作。这样写可以有效减少未来必定要加锁检测的问题

2.其他常见的各种锁

• 悲观锁：在每次取数据时，总是担心数据会被其他线程修改，所以会在取数据前先加锁（读锁，写锁，行锁等），当其他线程想要访问数据时，被阻塞挂起。
• 乐观锁：每次取数据时候，总是乐观的认为数据不会被其他线程修改，因此不上锁。但是在更新数据前，会判断其他数据在更新前有没有对数据进行修改。主要采用两种方式：版本号机制和CAS操作。
• CAS操作：当需要更新数据时，判断当前内存值和之前取得的值是否相等。如果相等则用新值更新。若不等则失败，失败则重试，一般是一个自旋的过程，即不断重试。
• 自旋锁，公平锁，非公平锁？

我们之前学的锁都是悲观锁。

自旋锁：本质就是通过不断的检测状态(一直打电话催促)，来进行资源是否就绪的方案。

（互斥锁：只检测一次，临界资源没就绪就直接挂起。）

什么时候使用自旋锁？临界资源就绪的时间短时（是一个相对的概念，取决于场景的容忍度）。

自旋锁的使用

#include <pthread.h>
int pthread_spin_init(pthread_spinlock_t* lock,int pshared);
int pthread_spin_destroy(pthread_spinlock_t* lock);

无论是挂起等待还是自旋本身都是pthread库帮我们做的，我们只需要使用接口。

#include <pthread.h>
int pthread_spin_lock(pthread_spinlock_t* lock);
int pthread_spin_trylock(pthread_spinlock_t* lock); //自旋一次 不成功就返回

 3.读者写者 与消费者生产者的区别

读写锁
公共数据修改的机会比较少。相比较改写，它们读的机会反而高的多。

写独占，读共享，读锁优先级高。

区别：

消费者会取走数据，所以消费者消费者之间是互斥关系。二读者写者是共享关系。