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為什麼DCLP是不可行的?(1)

編輯:關於C語言

在看POCO網絡庫的時候,其中實現了一個singleton模式,提到了DCLP的不可行性。就去查閱了一下,
找到了這篇文章。原文太長,將其意思大略整理如下。

singleton差不多是所有設計模式中最為常見的一個,但卻不是線程安全的。
DCLP就是為了消除此缺點而設計出來的——Double Checked Locking Pattern。但卻仍然是
不可靠的。


一般的singleton實現為:
// from the header file
class Singleton {
public:
static Singleton* instance();
 
private:
static Singleton* pInstance;
};
// from the implementation file
Singleton* Singleton::pInstance = 0;
Singleton* Singleton::instance() {
if (pInstance == 0) {                //Line 1
   pInstance=new Singleton;         //Line 2
}
return pInstance;
}
單線程模式下,這種方法工作的很好。但在多線程模式下卻是有問題的。
假設線程A進入了instance函數,執行到Line 1,然後被掛起。當它被掛起的時候,它
剛測得pInstance是NULL,所以還沒有Singleton對象被創造出來。
然後線程B進入instance並且執行到line1,發現pInstance是NULL,然後執行下一句,創建了一個
Singleton並且使pInstance指向它。然後返回pInstance.
當線程A繼續執行的時候,它會執行Line2,創建一個Singleton並使pInstance指向它,這就
破壞了singleton的意義,因為創建了兩個singleton.
要想使其是線程安全的,需要在測試pInstance之間加一個lock.
Singleton* Singleton::instance() {
Lock lock;
// acquire lock (params omitted for simplicity)
if (pInstance == 0) {
pInstance = new Singleton;
}
return pInstance;
}
// release lock

這樣有一個和很大的缺點——代價太高,每次訪問都需要一個lock.但實際上,我們只需要在
第一次創建的時候加一個鎖,而且應該是instance第一次被調用的時候。如果在運行時
instance被調用了n次,我們只需要在第一次調用的時候加鎖就可以了。DCLP就是為了
解決這個問題而設計的--------------去掉那些不必要的LOCK。
Singleton* Singleton::instance() {
if (pInstance == 0) {
// 1st test
Lock lock;
if (pInstance == 0) {
// 2nd test
pInstance = new Singleton;
}
}
return pInstance;
}
DCLP在加鎖之前先測試pInstance是否為空,盡在其為NULL時才會需要一個LOCK,第二次測試也是
必要的,因為有可能另一個線程在第一次測試pInstance和請求LOCK時執行了new.

問題之所在:
pInstance=new Singleton;分為以下三步:
1.分配內存(sizeof(Singleton).
2.在分配的內存上創建一個Singleton對象。
3.讓pInstance指向這塊內存。問題就在於編譯器不一定按照順序執行這三步。 有時候編譯器會將
第二步和第三步互換。此時情況可能如以下所示:
Singleton* Singleton::instance() {
if (pInstance == 0) {
Lock lock;
if (pInstance == 0) {
pInstance =
// Step 3
operator new(sizeof(Singleton)); // Step 1
// Step 2
new (pInstance) Singleton;
}
}
return pInstance;
}
在實際的DCLP代碼中,step2是可能拋出異常的,這時需要保證pInstance沒有變化(setp3未
執行)。所以一般並不能把step3移到step2之前,但有時候是可以的,比如說step2並不拋出異
常。
現在如果線程A進入instance,進行第一次測試,請求了一個LOCK,然後執行了step1和step3.
然後被掛起。此時pInstance是NO-NULL,但是沒有singleton對象被創建出來。
然後,線程B進入instance,發現pInstance非空,然後將其返回,然後解引用,但是卻沒有對象。
所以,DCLP只有在step1和step2在step3之前完成的情況下才能正常工作,但C/C++並不提供這樣的
保證。


摘自 逍遙之魂

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