前陣子寫(xiě)靜態(tài)lib導(dǎo)出單實(shí)例多線程安全API時(shí)，出現(xiàn)了CRITICAL_SECTION初始化太晚的問(wèn)題，之后查看了錯(cuò)誤的資料，引導(dǎo)向了錯(cuò)誤的理解，以至于今天凌晨看到另一份代碼，也不多想的以為singletone double check會(huì)出bug，本文做下記錄備忘。
相關(guān)知識(shí)點(diǎn)：Singleton Double Check、多線程下的局部Static對(duì)象、靜態(tài)Lib中的全局對(duì)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;
}
這樣的代碼一般(不考慮全局對(duì)象的初始化)沒(méi)有問(wèn)題。之前只略看他人的文章，不思考，誤以為：g_instance = new SingleInstance ; 這句在線程A的執(zhí)行會(huì)被線程B g_instance == NULL的判斷打斷，導(dǎo)致線程B返回的g_instance是一個(gè)半成品。實(shí)際上不會(huì)，因?yàn)間_instance的賦值是在內(nèi)存分配、構(gòu)造函數(shù)執(zhí)行之后做的，而且賦值是原子操作，這沒(méi)有問(wèn)題。
按照文檔的說(shuō)法，g_instance變量應(yīng)該加上volatile，避免編譯器優(yōu)化，編譯器優(yōu)化之后，可能會(huì)導(dǎo)致g_instance變量的賦值在SingleInstance構(gòu)造函數(shù)執(zhí)行之前。volatile用于表明這個(gè)變量是易變的，每一次都直接操作對(duì)應(yīng)內(nèi)存，而不是用寄存器緩存，不會(huì)去優(yōu)化指令。這里如果不使用它，就可能導(dǎo)致編譯器調(diào)整匯編指令的順序，分配完內(nèi)存就直接把地址賦值給g_instance指針，后面再調(diào)用構(gòu)造函數(shù)，它這樣調(diào)整的理由可能是這樣子：分配到的內(nèi)存指針在后續(xù)的執(zhí)行中沒(méi)有被修改，先賦值給g_instance和晚賦值給g_instance沒(méi)有區(qū)別。
二、導(dǎo)出Lib中慎用全局對(duì)象
我的Lib的導(dǎo)出API提供的數(shù)據(jù)只需要獲取一次就夠了，不能多次獲取，所以它必須是單實(shí)例的、多線程安全的，再考慮到不能浪費(fèi)頻繁的鎖消耗，很直接的做法便是用singleton double check。
首先我選擇使用臨界區(qū)實(shí)現(xiàn)鎖，而臨界區(qū)在API被調(diào)用之前需要先初始化，于是定義一個(gè)Lock封裝了臨界區(qū)的初始化，什么時(shí)候初始化?必須是全局對(duì)象，如果為定義局部static對(duì)象會(huì)導(dǎo)致多線程不安全。
static對(duì)象不是多線程安全的：
從上圖的匯編指令可以看到static對(duì)象的構(gòu)造函數(shù)是否被執(zhí)行的判斷邏輯：
1、通過(guò)標(biāo)識(shí)值判斷是否該執(zhí)行構(gòu)造函數(shù)(這里的構(gòu)造函數(shù)內(nèi)聯(lián)了);
2、執(zhí)行構(gòu)造函數(shù)，首先把標(biāo)志值置位托福答案 www.yztrans.com
有可能多個(gè)線程都同時(shí)通過(guò)了1的判斷，導(dǎo)致構(gòu)造函數(shù)被多次執(zhí)行。
使用了全局對(duì)象之后發(fā)現(xiàn)也不可行：導(dǎo)出函數(shù)依賴全局對(duì)象的初始化，雖然全局對(duì)象會(huì)在main函數(shù)之前初始化，但初始化時(shí)機(jī)還是可能太晚了，譬如這種情況：lib的使用者也定義了全局對(duì)象，并且初始化得更早，使用者的全局對(duì)象構(gòu)造函數(shù)里調(diào)用了lib的導(dǎo)出函數(shù)，導(dǎo)出函數(shù)使用了還沒(méi)初始化的臨界區(qū)全局對(duì)象導(dǎo)致崩潰，更麻煩的是，使用者的dump捕獲機(jī)制是在main函數(shù)里初始化的，生效得太晚，導(dǎo)致dump無(wú)法捕獲，使這個(gè)crash更加隱蔽。C++的全局對(duì)象應(yīng)該盡量少用。exe里面如果使用了全局對(duì)象，則需要保證dump捕獲機(jī)制對(duì)所有的代碼都生效。
既然臨界區(qū)初始化問(wèn)題無(wú)法解決，局部static對(duì)象、全局對(duì)象都無(wú)法使用，需要找到一個(gè)不需要初始化又能實(shí)現(xiàn)鎖的方法：那就是原子操作。
單純的原子操作并沒(méi)有鎖的功能，需要配合上：if + Sleep.
代碼如下：
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文件裝入內(nèi)存時(shí)就初始化為0，所以不存在初始化問(wèn)題;InterlockedExchange 適用于xp、win7、win8，不存在系統(tǒng)限制;多個(gè)線程同時(shí)調(diào)用InterlockedExchange，只能有一個(gè)線程得到0，保證只初始化一次，其余線程進(jìn)入while循環(huán)等待，直到g_point非空。問(wèn)題不逼你，你就不會(huì)想到還有這么好的實(shí)現(xiàn)思路 :)
使用原子操作還可以很容易的實(shí)現(xiàn)臨界區(qū)鎖的功能，這里就不說(shuō)了托福答案 www.lefeng123.com
三、PE文件中的Lib庫(kù)全局變量
像上邊定義的全局變量，如果DLL和EXE都使用這個(gè)lib，它們各自有一份獨(dú)立的全局變量。