ダブルチェックロックの有効な代替方法ですか？

Question

マルチスレッドプログラムでシングルトンパターンを使用したいと思います。ダブルチェックされたロック方法は、その効率には適しているようですが、この方法は壊れており、簡単にはできません。

私は、ダブルチェックロックの代替として動作することを期待して、次のコードを記述します。それはスレッドセーフなシングルトンパターンの正しい実装ですか？

static bool created = false; 
static Instance *instance = 0; 

Instance *GetInstance() { 
    if (!created) { 
     Lock lock; // acquire a lock, parameters are omitted for simplicity 
     if (!instance) { 
      instance = new Instance; 
     } else { 
      created = true; 
     } 
    } 
    return instance; 
} 

最初の呼び出しでインスタンスが作成されます。 2番目の呼び出しはtrueに作成されます。最後に、他のすべての呼び出しは、よく初期化されたインスタンスを返します。

http://voofie.com/content/192/alternative-to-double-checked-locking-and-the-singleton-pattern/

Answer 1

いいえ、これは役に立ちません。 createdとinstanceへの書き込みが非アトミックな場合、その値がmutexをロックしないスレッドに見えるという保証はありません。

スレッド1はgetInstanceを呼び出します。 createdはfalseであり、instanceはnullなので、mutexをロックして新しいインスタンスを作成します。スレッド1はgetInstanceを再度呼び出し、今回はcreatedをtrueに設定します。スレッド2は今すぐgetInstanceを呼び出します。プロセッサのメモリ管理のばらつきによって、createdがtrueと表示されますが、instanceがnullでないと保証されていなくても、指し示されたインスタンスのメモリ値が一貫しているという保証はありません。

アトミックを使用していない場合は、mutexを使用する必要があり、保護された変数へのすべてのアクセスにそれらを使用する必要があります。

追加情報：コンパイラとランタイムが協調して、あるスレッドがmutexロックを解放し、別のスレッドが同じmutexのロックを取得した場合、2番目のスレッドは完了したすべての書き込みを確認できます最初に。これは非原子アクセスでは当てはまりませんし、コンパイラとランタイムがあなたに保証するメモリの順序制約（C++ 11アトミックでは順序制約を選択できます）に応じて、アトミックアクセスの場合もそうでない場合もあります。

Answer 2

これは、ダブルチェックロックの同じ信頼性を持っています。 "トリプルチェック"、さらには "4重チェック"でさらに多くを得ることができますが、完全な信頼性は不可能であることが実証できます。

ローカル静的変数を宣言すると、コンパイラは同じロジックを実装することに注意してください。

#include<memory> 
#include "Instance.h" //or whatever... 

Instance* GetInstance() 
{ 
    static std::unique_ptr<Instance> p(new Instance); 
    return p.get(); 
} 

コンパイラは、マルチスレッド環境用に設定されている場合は、ミューテックスで静的Pを保護sould、非常に最初の呼び出しでのpを初期化するときにロックを管理します。また、 "at_exit"チェーンの末尾にチェーンを破棄して、プログラム終了時の適切な破壊が実行されるようにする必要があります。

[編集] これはC++ 11の要件であり、一部のC++ 03の事前標準でしか実装されていないため、コンパイラの実装と設定を確認してください。

今のところ、私はMinGW 4.6をオンにしてVS2010を確実にすることができます。

Answer 3

このコードには、createdが別のスレッドによって同時に書き込まれている間に読み取られるという競合条件が含まれています。

結果として、定義されていない動作があり、そのコードを書き込む有効な方法ではありません。

KennyTMはコメントで指摘したように、はるかに良い選択肢がある：

Instance* GetInstance() { static Instance instance; return &instance; } 

Answer 4

いいえ、あなたのコードとダブル ロックを確認の間に違いは絶対にありません。 正しい実装は次のとおりです。

static std::mutex m; 

Singleton& 
Singleton::instance() 
{ 
    static Singleton* theOneAndOnly; 
    std::lock_guard l(m); 
    if (theOneAndOnly == NULL) 
     theOneAndOnly = new Singleton; 
    return *theOneAndOnly; 
} 

これが問題を引き起こす場合を想像するのは難しい、それは保証 です。あなたは毎回ロックを取得しますが、 未定義のミューテックスを取得することはかなり安くなければなりません。 シングルトンはそれほどではありませんし、タイトなループの途中で にアクセスしなければならないループに入る前に リファレンスを取得してから使用を停止し、それを使用してください。

Answer 5

解決策は正常に動作しますが、もう一度チェックします。それはロックを毎回取得しないため

右ダブルチェックロックのように見える、

static Instance *instance = 0; 

Instance *GetInstance() { 
    if (instance == NULL) //first check. 
    { 
     Lock lock; //scope lock. 
     if (instance == NULL) //second check, the second check must under the lock. 
      instance = new Instance; 
    } 

    return instance; 
} 

ダブルチェックロックは、良好な性能を持っています。スレッドセーフであれば、ロックは1つのインスタンスしか作成されません。