RPCZ中的智能指针单例
RPCZ中的智能指针单例
(金庆的专栏)
智能指针单例应用于 RPCZ 库以实现库的自动初始化与自动清理.
RPCZ: RPC implementation for Protocol Buffers over ZeroMQ
https://github.com/jinq0123/rpcz
代码来自: (A dynamic) Singleton using weak_ptr and shared_ptr
http://boost.2283326.n4.nabble.com/A-dynamic-Singleton-using-weak-ptr-and-shared-ptr-td2581447.html
以下为该文摘译与代码整理.
原作者 Martin Ba,
回复者 David Rodríguez Ibeas 提出了优化意见, 并被原作者认同.
本作者提出进一步优化, 附于本文尾部.
Singleton using boost weak_ptr and shared_ptr
应用 boost weak_ptr 和 shared_ptr 实现单例
------------------------------------------------------------------
by Martin Ba
Requirement: Singleton that is constructed on first use (not on process
start) and destroyed after the last "client-code" has finished with it.
需求: 初次使用时构造单例(而非进程开始时构造),
并且在最后的客户代码使用完后就销毁单例.
Note: It is therefore possible that more that one Singleton instances
exist within a process's lifetime, BUT there must only be at most one
Object active at any given time (Construction must not run before
destruction has finished.
注意: 因此有可能进程的生命期内会存在多个单例实例, 但是,
任一时刻最多只会有一个对象(析造完成后才允许新的构造).
Starting point: http://lists.boost.org/boost-users/2002/10/2014.php
Problem of the simple solution: No protection against multiple
initialization and against simultaneous deletion and construction.
简单方案的问题: 没有对同时初始化, 或者同时删除和构造进行保护.
Solution: The construction and destruction of the singleton instance(s)
has to be protected additionally.
解决方案: 对单例的构造和析构额外添加保护.
(金庆: 原代码中的 class atomic_bool 已替换为 boost::atomic_bool, 以简化代码.)
dynamic_singleton.h
#pragma once #include <boost/noncopyable.hpp> #include <boost/shared_ptr.hpp> #include <boost/scoped_ptr.hpp> class dynamic_singleton : private boost::noncopyable { public: typedef boost::shared_ptr<dynamic_singleton> shared_t; static shared_t get_instance(); // Interface: void example(int cookie); // ... private: dynamic_singleton(); virtual ~dynamic_singleton(); struct impl; typedef boost::scoped_ptr<impl> impl_t; impl_t pimpl; struct deleter; friend struct deleter; };
dynamic_singleton.cpp
#include "dynamic_singleton.h" #include <boost/atomic.hpp> #include <boost/weak_ptr.hpp> #include <boost/thread/recursive_mutex.hpp> #include <boost/thread.hpp> #define MESG(msg) \ printf("%s\n", msg); \ /**/ struct dynamic_singleton::impl : private boost::noncopyable { impl() {} ~impl() {} static void start_construction() { boost::xtime spin_time; spin_time.sec = 1; while(the_object_exists) { boost::thread::sleep(spin_time); } } static void finish_construction() { assert(!the_object_exists); the_object_exists = true; } static void finish_destruction() { assert(the_object_exists); the_object_exists = false; } typedef boost::weak_ptr<dynamic_singleton> internal_shared_t; static internal_shared_t the_object; static boost::recursive_mutex sync_init; static boost::atomic_bool the_object_exists; }; dynamic_singleton::impl::internal_shared_t dynamic_singleton::impl::the_object; boost::recursive_mutex dynamic_singleton::impl::sync_init; boost::atomic_bool dynamic_singleton::impl::the_object_exists; struct dynamic_singleton::deleter { void operator() (dynamic_singleton* p) { assert(p); delete p; impl::finish_destruction(); } }; dynamic_singleton::shared_t dynamic_singleton::get_instance() { // Syncronise Initialization: boost::recursive_mutex::scoped_lock lock(impl::sync_init); MESG(__FUNCTION__); // Acquire singleton pointer: shared_t object_ptr = impl::the_object.lock(); if(!object_ptr.use_count()) { impl::start_construction(); object_ptr.reset(new dynamic_singleton(), dynamic_singleton::deleter()); impl::the_object = object_ptr; impl::finish_construction(); } return object_ptr; } dynamic_singleton::dynamic_singleton() { pimpl.reset(new impl()); MESG(__FUNCTION__); // For example open a unique system or process global resource printf(" >> Singleton opens the global resouce.\n"); } dynamic_singleton::~dynamic_singleton() { MESG(__FUNCTION__); // For example close a unique system or process global resource printf(" << Singleton closes the global resouce.\n"); } void dynamic_singleton::example(int cookie) { printf("%s(%d)\n", __FUNCTION__, cookie); }
main.cpp
#include "dynamic_singleton.h" #include <iostream> #include <boost/thread.hpp> struct singleton_user { explicit singleton_user(int num) : num_(num) { } void operator()() { using namespace std; printf("%d uses singleton ...\n", num_); dynamic_singleton::shared_t s = dynamic_singleton::get_instance(); s->example(num_); } int num_; }; int main(int argc, char* argv[]) { boost::thread t1( singleton_user(1) ); boost::thread t2( singleton_user(2) ); boost::thread t3( singleton_user(3) ); boost::thread t4( singleton_user(4) ); boost::thread t5( singleton_user(5) ); t1.join(); t2.join(); t3.join(); t4.join(); t5.join(); return 0; }
David Rodríguez Ibeas 提出建议:
* 用 condition 代替 sleep().
* 因为 condition 已有 mutex, 所以 the_object_exists 从 atomic_bool 改为 bool.
* 不需要创建 dynamic_singleton::impl 实例, 所以其构造析构改为私有.
* 把 the_object_exists = true; 从 finish_destruction() 移到 start_construction(),
finish_destruction()成为空函数可删除.
// Using boost::condition:
struct dynamic_singleton::impl : private boost::noncopyable
{
static void start_construction()
{
boost::recursive_mutex::scoped_lock lock( sync_ );
while ( the_object_exists ) {
cond_.wait( lock );
}
the_object_exists = true;
}
static void finish_destruction()
{
boost::recursive_mutex::scoped_lock lock( sync_ );
the_object_exists = false;
cond_.notify_one();
}
typedef boost::weak_ptr<dynamic_singleton> internal_shared_t;
static internal_shared_t the_object;
static boost::recursive_mutex sync_init;
static boost::recursive_mutex sync_; // moved from atomic_bool
static bool the_object_exists; // plain bool, synch'ed with sync_
static boost::condition_variable_any cond_;
private:
impl() {}
~impl() {}
};
dynamic_singleton::impl::internal_shared_t dynamic_singleton::impl::the_object;
boost::recursive_mutex dynamic_singleton::impl::sync_init;
boost::recursive_mutex dynamic_singleton::impl::sync_;
bool dynamic_singleton::impl::the_object_exists = false;
boost::condition_variable_any dynamic_singleton::impl::cond_;
RPCZ 中的进一步优化:
* get_instance()多数情况下不需要加锁, 仅当需要初始化时才加锁
dynamic_singleton::shared_t dynamic_singleton::impl::get_instance()
{
shared_t object_ptr = impl::the_object.lock();
if (object_ptr) return object_ptr;
// Syncronise Initialization:
boost::recursive_mutex::scoped_lock lock(impl::sync_init);
...
}
* get_instance() 内联
* 分离单件相关代码到独立的头文件与实现文件
(impl改名为helper)
dynamic_singleton.h
#pragma once #include <boost/noncopyable.hpp> #include <boost/shared_ptr.hpp> class dynamic_singleton : private boost::noncopyable { public: typedef boost::shared_ptr<dynamic_singleton> shared_t; inline static shared_t get_instance(); // Interface: void example(int cookie); // ... private: dynamic_singleton(); virtual ~dynamic_singleton(); struct helper; struct deleter; friend struct deleter; }; #include "dynamic_singleton_helper.h" inline dynamic_singleton::shared_t dynamic_singleton::get_instance() { return helper::get_instance(); }
dynamic_singleton.cpp
#include "dynamic_singleton.h" #define MESG(msg) \ printf("%s\n", msg); \ /**/ dynamic_singleton::dynamic_singleton() { MESG(__FUNCTION__); // For example open a unique system or process global resource printf(" >> Singleton opens the global resouce.\n"); } dynamic_singleton::~dynamic_singleton() { MESG(__FUNCTION__); // For example close a unique system or process global resource printf(" << Singleton closes the global resouce.\n"); } void dynamic_singleton::example(int cookie) { printf("%s(%d)\n", __FUNCTION__, cookie); }
dynamic_singleton_helper.h
#pragma once #include <boost/noncopyable.hpp> #include <boost/thread.hpp> #include <boost/weak_ptr.hpp> struct dynamic_singleton::helper : private boost::noncopyable { static inline dynamic_singleton::shared_t get_instance(); static void start_construction(); static void finish_destruction(); typedef boost::weak_ptr<dynamic_singleton> internal_shared_t; static internal_shared_t the_object; static boost::recursive_mutex sync_init; static boost::recursive_mutex sync_; // moved from atomic_bool static bool the_object_exists; // plain bool, synch'ed with sync_ static boost::condition_variable_any cond_; private: helper() {} ~helper() {} private: static dynamic_singleton::shared_t make_instance(); }; inline dynamic_singleton::shared_t dynamic_singleton::helper::get_instance() { shared_t object_ptr = the_object.lock(); if (object_ptr) return object_ptr; return make_instance(); }
dynamic_singleton_helper.cpp
#include "dynamic_singleton.h" void dynamic_singleton::helper::start_construction() { boost::recursive_mutex::scoped_lock lock( sync_ ); while ( the_object_exists ) { cond_.wait( lock ); } the_object_exists = true; } void dynamic_singleton::helper::finish_destruction() { boost::recursive_mutex::scoped_lock lock( sync_ ); the_object_exists = false; cond_.notify_one(); } dynamic_singleton::helper::internal_shared_t dynamic_singleton::helper::the_object; boost::recursive_mutex dynamic_singleton::helper::sync_init; boost::recursive_mutex dynamic_singleton::helper::sync_; bool dynamic_singleton::helper::the_object_exists = false; boost::condition_variable_any dynamic_singleton::helper::cond_; struct dynamic_singleton::deleter { void operator() (dynamic_singleton* p) { assert(p); delete p; helper::finish_destruction(); } }; dynamic_singleton::shared_t dynamic_singleton::helper::make_instance() { // Syncronise Initialization: boost::recursive_mutex::scoped_lock lock(sync_init); // Acquire singleton pointer: shared_t object_ptr = the_object.lock(); if (object_ptr) return object_ptr; start_construction(); object_ptr.reset(new dynamic_singleton(), dynamic_singleton::deleter()); the_object = object_ptr; return object_ptr; }
代码打包下载:
http://download.csdn.net/detail/jq0123/8467399
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