是雙重檢查單例線程安全的實現？

Question

我知道線程安全單例的常見實現如下所示：

Singleton* Singleton::instance() {
   if (pInstance == 0) {
      Lock lock;
      if (pInstance == 0) {
         Singleton* temp = new Singleton; // initialize to temp
         pInstance = temp; // assign temp to pInstance
      }
   }
   return pInstance;
}

但是為什么他們說這是一個線程安全的實現呢？
例如，第一個線程可以在pInstance == 0上傳遞兩個測試，創建new Singleton並將其分配給temp指針，然后開始賦值pInstance = temp （據我所知，指針賦值操作不是原子的）。
同時第二個線程測試第一個pInstance == 0 ，其中pInstance只分配了一半。 它不是nullptr，但也不是有效的指針，然后從函數返回。 這樣的情況會發生嗎？ 我沒有在任何地方找到答案，似乎這是一個非常正確的實現，我什么都不懂

Answer 1

它不是由C ++並發規則安全的，因為第一讀pInstance沒有被鎖或類似的保護，因此不會寫入（這是受保護的）正確同步。 因此存在數據競爭，因此存在未定義的行為。 這個UB的一個可能的結果正是你已經確定的：第一次檢查讀取pInstance的垃圾值，這是由不同的線程寫的。

常見的解釋是，在更常見的情況下（ pInstance已經有效），它可以節省獲取鎖（一個可能耗時的操作）。 但是，這不安全。

由於C ++ 11及更高版本保證了函數范圍的初始化，靜態變量只發生一次並且是線程安全的，因此在C ++中創建單例的最佳方法是在函數中使用靜態局部：

Singleton& Singleton::instance() {
   static Singleton s;
   return s;
}

請注意，不需要動態分配或指針返回類型。

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正如Voo在評論中提到的，上面假設pInstance是一個原始指針。 如果它是std::atomic<Singleton*> ，那么代碼可以正常工作。 當然，這是一個問題，原子讀取是否比獲取鎖定慢得多，這應該通過分析來回答。 盡管如此，這將是一個相當無意義的練習，因為靜態局部變量在所有但非常模糊的情況下都更好。