Können die Initialisierungsgarantien von C 11 Mutexe für eine Thread-sichere Singleton-Implementierung ersetzen?

Implementierung von Multithread-sicherem Singleton in C 11 ohne Mutexe

C 11 führt Multithreading-Funktionen ein, die eine effiziente Handhabung der gleichzeitigen Ausführung ermöglichen. In diesem Artikel wird ein sperrenfreier Ansatz zur Implementierung eines verzögerten Initialisierungs-Singletons in C 11 untersucht, wobei die Verwendung schwerer Mutexe zur Leistungsoptimierung vermieden wird.

Ursprünglicher Ansatz mit atomaren Operationen

Der vorgestellte Ansatz versucht, Mutexe durch den Einsatz atomarer Operationen zu vermeiden. Die vorgeschlagene Implementierung basiert jedoch auf CAS (Compare-and-Swap), um Race Conditions zu verhindern, und kann anfällig für subtile Parallelitätsprobleme sein.

Explizite Initialisierungsgarantien von C 11

C 11 führt starke Sprachgarantien für die Initialisierung statischer Datenelemente ein. Gemäß §6.7 [stmt.dcl] p4 des C 11-Standards:

If control enters the declaration concurrently while the variable is being initialized, the concurrent execution shall wait for completion of the initialization.

Dies bedeutet, dass unter C 11 eine verzögerte Initialisierung statischer Variablen ohne explizite Sperrung erreicht werden kann, da der Compiler die ordnungsgemäße Ausführung gewährleistet Initialisierungssynchronisierung.

Implementieren von Singleton mit statischer Member-Funktion

Um die Initialisierungsgarantien von C 11 zu nutzen, kann eine einfache statische Member-Funktion verwendet werden, um auf die Singleton-Instanz zuzugreifen:

<code class="cpp">static Singleton& get() {
  static Singleton instance;
  return instance;
}</code>

Diese Implementierung gewährleistet eine threadsichere Initialisierung der Singleton-Instanz ohne die Notwendigkeit einer expliziten Sperrung, was sie zu einer praktikablen Option in C 11-Umgebungen macht.

Fazit

Während benutzerdefinierte, sperrenfreie Singleton-Implementierungen möglich sind, kann es komplex und schwierig sein, sie richtig umzusetzen. In C 11 bieten die integrierten Initialisierungsgarantien eine einfache und zuverlässigere Lösung für die Multithread-sichere Singleton-Implementierung, wodurch die Notwendigkeit einer komplexen Low-Level-Synchronisierung entfällt.

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