对象性能模式

• 面向对象很好的解决了“抽象”问题，但是必不可免地要付出一定的代价。对于通常情况来讲，面向对象的成本大都可以忽略不计，但是在某些情况下，面向对象所带来的成本必须谨慎处理
• 典型模式
  • Sigleton
  • Flyweight

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单例模式

1. 动机

• 在软件系统中，经常有这样一些特殊的类，必须保证他们在系统中只存在一个实例，才能确保他们的逻辑正确性、以及良好的效率。
• 如何绕过常规的结构器，提供一种机制来保证一个类只有一个实例？
• 这应该是类的设计者的责任，而不是使用者的责任

2. 代码

class Sigleton{
private:
    Sigleton();
    Sigleton(const Sigleton& other);

public:
    static Sigleton*getInstance();
    
    static Sigleton* m_instance;
};

Sigleton* Sigleton::m_instance = nullptr;

// 线程非安全版本
Sigleton* Sigleton::getInstance(){
    if (m_instance == nullptr){
        m_instance = new Sigleton();
    }
    
    return m_instance;
}


// 线程安全，但锁的代价过高
Sigleton* Sigleton::getInstance(){
    Lock lock;
    if (m_instance == nullptr){
        m_instance = new Sigleton();
    }

    return m_instance;
}

// 双检查锁，但由于内存读写reorder不安全
Sigleton* Sigleton::getInstance(){
    if (m_instance == nullptr){
        Lock lock;
        if (m_instance == nullptr){       
            // 下面New的大概步骤
            // Step1. 先分配内存
            // Step2. 调用Sigleton构造器，对刚才分配的内存进行初始化
            // Step3. 将刚才分配的地址赋值给m_instance
            // 但是在CPU指令级别，上面的步骤有可能会被reorder
            // 编译器优化后，有可能会变成:
            // Step1 -> Step3 -> Step2
            // 如果此时执行到Step3,切换到另外一个线程，最外面的判断将是非空，然后直接去使用这个还没有构造的m_instance，导致错误
            m_instance = new Sigleton(); // 2000年左右才被一个java领域的专家发现这个BUG
        }
    }
    return m_instance;
}

// C++11版本之后的跨平台版本

std::atomic Sigleton::m_instance = nullptr;
std::mutex Sigleton::m_mutex;

Sigleton* Sigleton::getInstance(){

    Sigleton* tmp = m_instance.load(std::memory_order_relaxed);
    std::atomic_thread_fence(std::memory_order_acquire); // 获取内存fence
    
    if (tmp == nullptr){
        std::lock_guard lock(m_mutex);
        tmp = m_instance.load(std::memory_order_relaxed);
        if (tmp == nullptr){       
            tmp = new Sigleton(); 
            std::atomic_thread_fence(std::memory_order_relaxed); // 释放内存fence
            m_instance.store(tmp, std::memory_order_relaxed);
        }
    }
    return tmp;
}

3. 模式定义

保证一个类仅有一个实例，并提供一个该实例的全局访问点。

                                                                                ---《设计模式》GOF

4. 结构

 5. 要点总结

• Sigleton模式中的实例构造器可以设置为protected以允许子类派生。
• Sigleton模式一般不要支持拷贝构造函数和Clone接口，因为这可能会导致多个对象实例