std::call_once，什么時候用？

Question

C++11 中引入的std::call_once函數確保以線程安全的方式只調用一次可調用對象。

由於這可以通過其他方式實現 - 什么時候應該使用std::call_once ？ 它打算解決什么類型的問題？

請舉例說明。

Answer 1

示例：我將它用於 libcURL 以從網站檢索 http(s) 數據。 在 libcURL 中，您必須先進行一次全局初始化，然后才能使用該庫。 鑒於初始化不是線程安全的，但從網站請求數據是線程安全的，我使用call_once只調用一次我的初始化，無論在哪個線程中以及是否並發調用。

Answer 2

想象一個帶有一些巨大數據的單例實例（出於某種原因）：

class Singleton {
    public:  static Singleton& get();
    ...
    private: static std::unique_ptr<SingletonDataBase> instance;
}

我們如何確保 get 函數在正確調用時創建實例（無論出於何種原因，它都非常大並且不能進入靜態內存空間）。 我們如何實現這一目標？

1. 使用mutex ？ 我猜有點丑。
2. 使用std::call_once嗎？ 更好，並且堅定地給出了代碼的意圖：

---

Singleton& Singleton::get() {
    static std::once_flag flag;
    std::call_once(flag, [&](){ instance.reset(new SingletonDataBase()); });
    return instance.get_interface()
}

每當您需要只調用一次時，使用call_once很好。

Answer 3

典型用途是當您希望在可能發生爭用（多線程）的情況下按需初始化全局數據。

假設你有結構

struct A{ A() {/*do some stuff*/} };

並且你想要一個在全局范圍內的實例。

如果您按如下方式進行，它會在 main 之前初始化，因此它不是按需的。

A a_global;

如果您按照以下方式進行操作，則它是按需提供的，但它不是線程安全的。

A *a_singleton = NULL;
A *getA() { 
   if (!a_singleton)
      a_singleton = new A();
   return a_singleton;
}

call_once解決了這兩個問題。 當然，您可以使用其他同步原語的某種組合來代替，但最終只會重新實現您自己的call_once版本。

Answer 4

緩存和惰性求值。 假設一個不可變類有一個存儲成本低但計算成本高的屬性， double foo() const; . 您不是按需計算或mutable std::once_flag m_flag; mutable double m_foo;計算，而是添加mutable std::once_flag m_flag; mutable double m_foo; mutable std::once_flag m_flag; mutable double m_foo; 然后可以做

double foo() const {
    std::call_once(m_flag, [this] { m_foo = doCalcFoo(); });
    return m_foo;
}

Answer 5

什么時候應該使用？

當你想調用一次時。 關於它在做什么，它簡潔明了。

替代方案

struct CallFooOnce { 
    CallFooOnce() { 
        foo(); 
    } 
}; 
static CallFooOnce foo_once;

有更多的樣板，並引入了一個額外的名稱，超過

static std::once_flag foo_once;
std::call_once(foo_once, foo);

Answer 6

其他答案已經提到call_once效果可以通過魔術靜態或mutex使用來實現。

我想專注於性能和極端情況處理。

在快速路徑上使用mutex會比call_once慢（當目標函數已經被調用時）。 那是因為mutex獲取/釋放將是原子 RMW，而call_once查詢只是讀取。 您可以通過實施雙重檢查鎖定來修復mutex性能，但這會使程序復雜化。

如果第一次嘗試僅在程序退出時調用目標函數，則使用call_once也比 mutex 更安全。 mutex不一定可以簡單地破壞，因此在調用目標時可能會破壞全局互斥體。

通過只讀取查詢對象是否已經初始化，魔術靜態也可能在快速路徑上很快。 magic static 與call_once的性能可能取決於 implementation ，但通常 magic static 有更多的優化機會，因為它不必在變量中公開狀態並且必須由編譯器實現，而不僅僅是在庫中.

MSVC 特定：魔術靜態使用線程本地存儲。 這比call_once更優化。 但是可以通過/Zc:threadSafeInit-關閉魔法靜態支持。 關閉它的能力是由於一些線程本地存儲的缺點。 call_once不能關閉。 在 Visual Studio 2015 之前， call_once沒有很好地實現，並且根本沒有實現魔術靜態，因此如果沒有 3rd 方庫，很難獲得一次性初始化。

Answer 7

std::call_once()可用於惰性求值，這樣傳遞給它的可調用對象即使有多個線程執行，也只會執行一次。 請參閱下一個示例，其中getInstance()方法可能會被多個線程多次調用，但是該實例僅在需要時創建一次（第一次調用 getInstance()）。

#include <mutex>

class Singleton {
  static Singleton *instance;
  static std::once_flag inited;

  Singleton() {...} //private

public:
  static Singleton *getInstance() {
    std::call_once( inited, []() {
        instance=new Singleton();
      });
    return instance;
  } 

};