实现单实例多线程安全API问题

　　前阵子写静态lib导出单实例多线程安全API时，出现了CRITICAL_SECTION初始化太晚的问题，之后查看了错误的资料，引导向了错误的理解，以至于今天凌晨看到另一份代码，也不多想的以为singletone double check会出bug，本文做下记录备忘。

　　相关知识点：Singleton Double Check、多线程下的局部Static对象、静态Lib中的全局对象。

　　一、singleton double check

　　SingleInstance* volatile g_instance = NULL;

　　cswuyg::MyCritical g_cs;

　　SingleInstance* GetInstance()

　　{

　　if (g_instance == NULL)

　　{

　　cswuyg::Lock<> lock(g_cs);

　　if (g_instance == NULL)

　　{

　　g_instance = new SingleInstance;

　　}

　　}

　　return g_instance;

　　}

　　这样的代码一般(不考虑全局对象的初始化)没有问题。之前只略看他人的文章，不思考，误以为：g_instance = new SingleInstance ; 这句在线程A的执行会被线程B g_instance == NULL的判断打断，导致线程B返回的g_instance是一个半成品。实际上不会，因为g_instance的赋值是在内存分配、构造函数执行之后做的，而且赋值是原子操作，这没有问题。

　　按照文档的说法，g_instance变量应该加上volatile，避免编译器优化，编译器优化之后，可能会导致g_instance变量的赋值在SingleInstance构造函数执行之前。volatile用于表明这个变量是易变的，每一次都直接操作对应内存，而不是用寄存器缓存，不会去优化指令。这里如果不使用它，就可能导致编译器调整汇编指令的顺序，分配完内存就直接把地址赋值给g_instance指针，后面再调用构造函数，它这样调整的理由可能是这样子：分配到的内存指针在后续的执行中没有被修改，先赋值给g_instance和晚赋值给g_instance没有区别。

　　二、导出Lib中慎用全局对象

　　我的Lib的导出API提供的数据只需要获取一次就够了，不能多次获取，所以它必须是单实例的、多线程安全的，再考虑到不能浪费频繁的锁消耗，很直接的做法便是用singleton double check。

　　首先我选择使用临界区实现锁，而临界区在API被调用之前需要先初始化，于是定义一个Lock封装了临界区的初始化，什么时候初始化?必须是全局对象，如果为定义局部static对象会导致多线程不安全托福答案 www.qcwy123.com

static对象不是多线程安全的：

　　从上图的汇编指令可以看到static对象的构造函数是否被执行的判断逻辑：

　　1、通过标识值判断是否该执行构造函数(这里的构造函数内联了);

　　2、执行构造函数，首先把标志值置位。

　　有可能多个线程都同时通过了1的判断，导致构造函数被多次执行。

　　使用了全局对象之后发现也不可行：导出函数依赖全局对象的初始化，虽然全局对象会在main函数之前初始化，但初始化时机还是可能太晚了，譬如这种情况：lib的使用者也定义了全局对象，并且初始化得更早，使用者的全局对象构造函数里调用了lib的导出函数，导出函数使用了还没初始化的临界区全局对象导致崩溃，更麻烦的是，使用者的dump捕获机制是在main函数里初始化的，生效得太晚，导致dump无法捕获，使这个crash更加隐蔽。C++的全局对象应该尽量少用。exe里面如果使用了全局对象，则需要保证dump捕获机制对所有的代码都生效。

　　既然临界区初始化问题无法解决，局部static对象、全局对象都无法使用，需要找到一个不需要初始化又能实现锁的方法：那就是原子操作。

　　单纯的原子操作并没有锁的功能，需要配合上：if + Sleep.

　　代码如下：

　　SingleInstance* volatile g_instance;

　　LONG volatile g_for_lock;

　　SingleInstance* GetInstance()

　　{

　　if (g_instance == NULL)

　　{

　　LONG pre_value = ::InterlockedExchange(&g_for_lock, 1);

　　if (pre_value != 0)

　　{

　　while(g_instance == NULL)

　　{

　　::Sleep(55);

　　}

　　}

　　if (g_instance == NULL)

　　{

　　g_instance = new SingleInstance;

　　}

　　}

　　return g_instance;

　　}

　　全局的g_for_lock在PE文件装入内存时就初始化为0，所以不存在初始化问题;InterlockedExchange 适用于xp、win7、win8，不存在系统限制;多个线程同时调用InterlockedExchange，只能有一个线程得到0，保证只初始化一次，其余线程进入while循环等待，直到g_point非空。问题不逼你，你就不会想到还有这么好的实现思路托福答案 www.tfjy386.com

　　使用原子操作还可以很容易的实现临界区锁的功能，这里就不说了。

　　三、PE文件中的Lib库全局变量

　　像上边定义的全局变量，如果DLL和EXE都使用这个lib，它们各自有一份独立的全局变量。