共享数据

为了更清楚地说明这一点，就需要考虑共享数据的同步问题，因为数据竞争很容易在共享数据上发生。如果并发地对数据进行非同步读写访问，则会产生未定义行为。

验证并发、未同步的读写操作的最简单方法，就是向std::cout写入一些内容。

让我们来看一下，使用不同步的方式进行std::cout打印输出。

// coutUnsynchronised.cpp

#include <chrono>
#include <iostream>
#include <thread>

class Worker {
public:
  Worker(std::string n) :name(n) {}
  void operator()() {
    for (int i = 1; i <= 3; ++i) {
      // begin work
      std::this_thread::sleep_for(std::chrono::microseconds(200));
      // end work
      std::cout << name << ": " << "Work " << i << " done !!!" << std::endl;
    }
  }
private:
  std::string name;
};


int main() {

  std::cout << std::endl;

  std::cout << "Boss: Let's start working.\n\n";

  std::thread herb = std::thread(Worker("Herb"));
  std::thread andrei = std::thread(Worker(" Andrei"));
  std::thread scott = std::thread(Worker("  Scott"));
  std::thread bjarne = std::thread(Worker("   Bjarne"));
  std::thread bart = std::thread(Worker("    Bart"));
  std::thread jenne = std::thread(Worker("     Jenne"));


  herb.join();
  andrei.join();
  scott.join();
  bjarne.join();
  bart.join();
  jenne.join();

  std::cout << "\n" << "Boss: Let's go home." << std::endl;

  std::cout << std::endl;

}

该程序描述了一个工作流程：老板有六个员工(第29 - 34行)，每个员工必须处理3个工作包，处理每个工作包需要200毫秒(第13行)。当员工完成了他的所有工作包时，他向老板报告(第15行)。当老板收到所有员工的报告，老板就会把员工们送回家(第43行)。

这么简单的工作流程，输出却如此混乱。

让输出变清晰的最简单解决方法，就是使用互斥量。

互斥量

Mutex是互斥(mutual exclusion)的意思，它确保在任何时候只有一个线程可以访问临界区。

通过使用互斥量，工作流程的混乱变的和谐许多。

// coutSynchronised.cpp

#include <chrono>
#include <iostream>
#include <mutex>
#include <thread>

std::mutex coutMutex;

class Worker {
public:
  Worker(std::string n) :name(n) {}
  void operator()() {
    for (int i = 1; i <= 3; ++i) {
      // begin work
      std::this_thread::sleep_for(std::chrono::microseconds(200));
      // end work
      coutMutex.lock();
      std::cout << name << ": " << "Work " << i << " done !!!" << std::endl;
      coutMutex.unlock();
    }
  }
private:
  std::string name;
};


int main() {

  std::cout << std::endl;

  std::cout << "Boss: Let's start working.\n\n";

  std::thread herb = std::thread(Worker("Herb"));
  std::thread andrei = std::thread(Worker(" Andrei"));
  std::thread scott = std::thread(Worker("  Scott"));
  std::thread bjarne = std::thread(Worker("   Bjarne"));
  std::thread bart = std::thread(Worker("    Bart"));
  std::thread jenne = std::thread(Worker("     Jenne"));


  herb.join();
  andrei.join();
  scott.join();
  bjarne.join();
  bart.join();
  jenne.join();

  std::cout << "\n" << "Boss: Let's go home." << std::endl;

  std::cout << std::endl;

}

第8行中coutMutex保护了std::cout，第19行中的lock()和第21行中的unlock()调用，确保工作人员不会同时进行报告。

std:: cout是线程安全的

C++11标准中，std::cout不需要额外的保护，每个字符都是原子式书写的。可能会有更多类似示例中的输出语句交织在一起的情况，但这些只是视觉问题，而程序则是定义良好的。所有全局流对象都是线程安全的，并且插入和提取全局流对象(std::cout、std::cin、std::cerr和std::clog)也都是线程安全的。

更正式地说：写入std::cout并不是数据竞争，而是一个竞争条件。这意味着输出内容的情况，完全取决于交错运行的线程。

C++11有4个不同的互斥量，可以递归地、暂时地锁定，并且不受时间限制。

成员函数	mutex	recursive_mutex	timed_mutex	recursive_timed_mutex
m.lock	yes	yes	yes	yes
m.try_lock	yes	yes	yes	yes
m.try_lock_for			yes	yes
m.try_lock_until			yes	yes
m.unlock	yes	yes	yes	yes

递归互斥量允许同一个线程多次锁定互斥锁。互斥量保持锁定状态，直到解锁次数与锁定次数相等。可以锁定互斥量的最大次数默认并未指定，当达到最大值时，会抛出std::system_error异常。

C++14中有std::shared_timed_mutex，C++17中有std::shared_mutex。std::shared_mutex和std::shared_timed_mutex非常相似，使用的锁可以是互斥或共享的。另外，使用std::shared_timed_mutex可以指定时间点或时间段进行锁定。

成员函数	shared_timed_mutex	shared_mutex
m.lock	yes	yes
m.try_lock	yes	yes
m.try_lock_for	yes
m.try_lock_until	yes
m.unlock	yes	yes
m.lock_shared	yes	yes
m.try_lock_shared	yes	yes
m.try_lock_shared_for	yes
m.try_lock_shared_until	yes
m.unlock_shared	yes	yes

std::shared_timed_mutex(std::shared_mutex)可以用来实现读写锁，也就可以使用std::shared_timed_mutex(std::shared_mutex)进行独占或共享锁定。如果将std::shared_timed_mutex(std::shared_mutex)放入std::lock_guard或std::unique_lock中，就可实现独占锁；如果将std::shared_timed_mutex(std::shared_lock)放入std::shared_lock中，就可实现共享锁。m.try_lock_for(relTime)和m.try_lock_shared_for(relTime)需要一个时间段；m.try_lock_until(absTime)和m.try_lock_shared_until(absTime)需要一个绝对的时间点。

m.try_lock(m.try_lock_shared)尝试锁定互斥量并立即返回。成功时，它返回true，否则返回false。相比之下，m.try_lock_for(m.try_lock_shared_for)和m.try_lock_until(m.try_lock_shared_until)也会尝试上锁，直到超时或完成锁定，这里应该使用稳定时钟来限制时间(稳定的时钟是不能调整的)。

不应该直接使用互斥量，应该将互斥量放入锁中，下面解释下原因。

互斥量的问题

互斥量的问题可以归结为一个：死锁。

死锁

两个或两个以上的个线程处于阻塞状态，并且每个线程在释放之前都要等待其他线程的释放。

结果就是程序完全静止。试图获取资源的线程，通常会永久的阻塞程序。形成这种困局很简单，有兴趣了解一下吗?

异常和未知代码

下面的代码段有很多问题。

std::mutex m;
m.lock();
sharedVariable = getVar();
m.unlock();

问题如下：

1. 如果函数getVar()抛出异常，则互斥量m不会被释放。

2. 永远不要在持有锁的时候调用函数。因为m不是递归互斥量，如果函数getVar试图锁定互斥量m，则程序具有未定义的行为。大多数情况下，未定义行为会导致死锁。

3. 避免在持有锁时调用函数。可能这个函数来自一个库，但当这个函数发生改变，就有陷入僵局的可能。

程序需要的锁越多，程序的风险就越高(非线性)。

不同顺序锁定的互斥锁

下面是一个典型的死锁场景，死锁是按不同顺序进行锁定的。

线程1和线程2需要访问两个资源来完成它们的工作。当资源被两个单独的互斥体保护，并且以不同的顺序被请求(线程1:锁1，锁2;线程2:锁2，锁1)时，线程交错执行，线程1得到互斥锁1，然后线程2得到互斥锁2，从而程序进入停滞状态。每个线程都想获得另一个互斥锁，但需要另一个线程释放其需要的互斥锁。“死亡拥抱”这个形容，很好地描述了这种状态。

将这上图转换成代码。

// deadlock.cpp

#include <iostream>
#include <chrono>
#include <mutex>
#include <thread>

struct CriticalData {
  std::mutex mut;
};

void deadLock(CriticalData& a, CriticalData& b) {

  a.mut.lock();
  std::cout << "get the first mutex" << std::endl;
  std::this_thread::sleep_for(std::chrono::microseconds(1));
  b.mut.lock();
  std::cout << "get the second mutext" << std::endl;
  // do something with a and b
  a.mut.unlock();
  b.mut.unlock();

}

int main() {

  CriticalData c1;
  CriticalData c2;

  std::thread t1([&] {deadLock(c1, c2); });
  std::thread t2([&] {deadLock(c2, c1); });

  t1.join();
  t2.join();

}

线程t1和t2调用死锁函数(第12 - 23行)，向函数传入了c1和c2(第27行和第28行)。由于需要保护c1和c2不受共享访问的影响，它们在内部各持有一个互斥量(为了保持本例简短，关键数据除了互斥量外没有其他函数或成员)。

第16行中，约1毫秒的短睡眠就足以产生死锁。

这时，只能按CTRL+C终止进程。

互斥量不能解决所有问题，但在很多情况下，锁可以帮助我们解决这些问题。

锁

锁使用RAII方式处理它们的资源。锁在构造函数中自动绑定互斥量，并在析构函数中释放互斥量，这大大降低了死锁的风险。

锁有四种不同的形式：std::lock_guard用于简单程序，std::unique_lock用于高级程序。从C++14开始就可以用std::shared_lock来实现读写锁了。C++17中，添加了std::scoped_lock，它可以在原子操作中锁定更多的互斥对象。

首先，来看简单程序。

std::lock_guard

std::mutex m;
m.lock();
sharedVariable = getVar();
m.unlock();

互斥量m可以确保对sharedVariable = getVar()的访问是有序的。有序指的是，每个线程按照某种顺序，依次访问临界区。代码很简单，但是容易出现死锁。如果临界区抛出异常或者忘记解锁互斥量，就会出现死锁。使用std::lock_guard，可以很优雅的解决问题：

{
  std::mutex m,
  std::lock_guard<std::mutex> lockGuard(m);
  sharedVariable = getVar();
}

代码很简单，但是前后的花括号是什么呢？std::lock_guard的生存周期受其作用域的限制，作用域由花括号构成。生命周期在达到右花括号时结束，std::lock_guard析构函数被调用，并且互斥量被释放。这都是自动发生的，如果sharedVariable = getVar()中的getVar()抛出异常，释放过程也会自动发生。函数作用域和循环作用域，也会限制实例对象的生命周期。

std::scoped_lock

C++17中，添加了std::scoped_lock。与std::lock_guard非常相似，但可以原子地锁定任意数量的互斥对象。

1. 如果std::scoped_lock调用一个互斥量，它的行为就类似于std::lock_guard，并锁定互斥量m: m.lock。如果std::scoped_lock被多个互斥对象调用std::scoped_lock(mutextypes&…)，则使用std::lock(m…)函数进行锁定操作。

2. 如果当前线程已经拥有了互斥量，但这个互斥量不可递归，那么这个行为就是未定义的，很有可能出现死锁。

3. 只需要获得互斥量的所有权，而不需要锁定它们。这种情况下，必须将标志std::adopt_lock_t提供给构造函数：std::scoped_lock(std::adopt_lock_t, mutextypes&…m)。

使用std::scoped_lock，可以优雅地解决之前的死锁问题。下一节中，将讨论如何杜绝死锁。

std::unique_lock

std::unique_lock比std::lock_guard更强大，也更重量级。

除了包含std::lock_guard提供的功能之外，std::unique_lock还允许：

• 创建无需互斥量的锁

• 不锁定互斥量的情况下创建锁

• 显式地/重复地设置或释放关联的互斥锁量

• 递归锁定互斥量

• 移动互斥量

• 尝试锁定互斥量

• 延迟锁定关联的互斥量

下表展示了std::unique_lock lk的成员函数：

成员函数	功能描述
lk.lock()	锁定相关互斥量
lk.try_lock()	尝试锁定相关互斥量
lk.try_lock_for(relTime)	尝试锁定相关互斥量
lk.try_lock_until(absTime)	尝试锁定相关互斥量
lk.unlock()	解锁相关互斥量
lk.release()	释放互斥量，互斥量保持锁定状态
lk.swap(lk2)和std::swap(lk, lk2)	交换锁
lk.mutex()	返回指向相关互斥量的指针
lk.owns_lock()和bool操作符	检查锁lk是否有锁住的互斥量

try_lock_for(relTime)需要传入一个时间段，try_lock_until(absTime)需要传入一个绝对的时间点。lk.try_lock_for(lk.try_lock_until)会调用关联的互斥量mut的成员函数mut.try_lock_for(mut.try_lock_until)。相关的互斥量需要支持定时阻塞，这就需要使用稳定的时钟来限制时间。

lk.try_lock尝试锁定互斥锁并立即返回。成功时返回true，否则返回false。相反，lk.try_lock_for和lk.try_lock_until则会让锁lk阻塞，直到超时或获得锁为止。如果没有关联的互斥锁，或者这个互斥锁已经被std::unique_lock锁定，那么lk.try_lock、lk.try_lock_for和lk.try_lock_for则抛出std::system_error异常。

lk.release()返回互斥量，必须手动对其进行解锁。

std::unique_lock在原子步骤中可以锁定多个互斥对象。因此，可以通过以不同的顺序锁定互斥量来避免死锁。还记得在互斥量中出现的死锁吗?

// deadlock.cpp

#include <iostream>
#include <chrono>
#include <mutex>
#include <thread>

struct CriticalData {
  std::mutex mut;
};

void deadLock(CriticalData& a, CriticalData& b) {

  a.mut.lock();
  std::cout << "get the first mutex" << std::endl;
  std::this_thread::sleep_for(std::chrono::microseconds(1));
  b.mut.lock();
  std::cout << "get the second mutext" << std::endl;
  // do something with a and b
  a.mut.unlock();
  b.mut.unlock();

}

int main() {

  CriticalData c1;
  CriticalData c2;

  std::thread t1([&] {deadLock(c1, c2); });
  std::thread t2([&] {deadLock(c2, c1); });

  t1.join();
  t2.join();

}

让我们来解决死锁问题。死锁必须原子地锁定互斥对象，也正是下面的程序中所展示的。

// deadlockResolved.cpp

#include <iostream>
#include <chrono>
#include <mutex>
#include <thread>

using namespace std;

struct CriticalData {
  mutex mut;
};

void deadLock(CriticalData& a, CriticalData& b) {

  unique_lock<mutex> guard1(a.mut, defer_lock);
  cout << "Thread: " << this_thread::get_id() << " first mutex" << endl;

  this_thread::sleep_for(chrono::milliseconds(1));

  unique_lock<mutex> guard2(b.mut, defer_lock);
  cout << " Thread: " << this_thread::get_id() << " second mutex" << endl;

  cout << "  Thread: " << this_thread::get_id() << " get both mutex" << endl;
  lock(guard1, guard2);
  // do something with a and b
}

int main() {

  cout << endl;

  CriticalData c1;
  CriticalData c2;

  thread t1([&] {deadLock(c1, c2); });
  thread t2([&] {deadLock(c2, c1); });

  t1.join();
  t2.join();

  cout << endl;

}

如果使用std::defer_lock对std::unique_lock进行构造，则底层的互斥量不会自动锁定。此时(第16行和第21行)，std::unique_lock就是互斥量的所有者。由于std::lock是可变参数模板，锁操作可以原子的执行(第25行)。

使用std::lock进行原子锁定

std::lock可以在原子的锁定互斥对象。std::lock是一个可变参数模板，因此可以接受任意数量的参数。std::lock尝试使用避免死锁的算法，在一个原子步骤获得所有锁。互斥量会锁定一系列操作，比如：lock、try_lock和unlock。如果对锁或解锁的调用异常，则解锁操作会在异常重新抛出之前执行。

本例中，std::unique_lock管理资源的生存期，std::lock锁定关联的互斥量，也可以反过来。第一步中锁住互斥量，第二步中std::unique_lock管理资源的生命周期。下面是第二种方法的例子：

std::lock(a.mut, b.mut);
std::lock_guard<std::mutex> guard1(a.mut, std::adopt_lock);
std::lock_guard<std::mutex> guard2(b.mut, std::adopt_lock);

这两个方式都能解决死锁。

使用std::scoped_lock解决死锁

C++17中解决死锁非常容易。有了std::scoped_lock帮助，可以原子地锁定任意数量的互斥。只需使用std::scoped_lock，就能解决所有问题。下面是修改后的死锁函数：

// deadlockResolvedScopedLock.cpp
...
void deadLock(CriticalData& a, CriticalData& b) {
cout << "Thread: " << this_thread::get_id() << " first mutex" << endl;
this_thread::sleep_for(chrono::milliseconds(1));
  cout << " Thread: " << this_thread::get_id() << " second mutex" << endl;
  cout << " Thread: " << this_thread::get_id() << " get both mutex" << endl;
  
  std::scoped_lock(a.mut, b.mut);
// do something with a and b
  }
  
...

std::shared_lock

C++14中添加了std::shared_lock。

std::shared_lock与std::unique_lock的接口相同，但与std::shared_timed_mutex或std::shared_mutex一起使用时，行为会有所不同。许多线程可以共享一个std::shared_timed_mutex (std::shared_mutex)，从而实现读写锁。读写器锁的思想非常简单，而且非常有用。执行读操作的线程可以同时访问临界区，但是只允许一个线程写。

读写锁并不能解决最根本的问题——线程争着访问同一个关键区域。

电话本就是使用读写锁的典型例子。通常，许多人想要查询电话号码，但只有少数人想要更改。让我们看一个例子：

// readerWriterLock.cpp

#include <iostream>
#include <map>
#include <shared_mutex>
#include <string>
#include <thread>

std::map<std::string, int> teleBook{ {"Dijkstra", 1972}, {"Scott", 1976},
                                                          {"Ritchie", 1983} };

std::shared_timed_mutex teleBookMutex;

void addToTeleBook(const std::string& na, int tele) {
  std::lock_guard<std::shared_timed_mutex> writerLock(teleBookMutex);
  std::cout << "\nSTARTING UPDATE " << na;
  std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(500));
  teleBook[na] = tele;
  std::cout << " ... ENDING UPDATE " << na << std::endl;
}

void printNumber(const std::string& na) {
  std::shared_lock<std::shared_timed_mutex> readerLock(teleBookMutex);
  std::cout << na << ": " << teleBook[na];
}

int main() {

  std::cout << std::endl;

  std::thread reader1([] {printNumber("Scott"); });
  std::thread reader2([] {printNumber("Ritchie"); });
  std::thread w1([] {addToTeleBook("Scott",1968); });
  std::thread reader3([] {printNumber("Dijkstra"); });
  std::thread reader4([] {printNumber("Scott"); });
  std::thread w2([] {addToTeleBook("Bjarne", 1965); });
  std::thread reader5([] {printNumber("Scott"); });
  std::thread reader6([] {printNumber("Ritchie"); });
  std::thread reader7([] {printNumber("Scott"); });
  std::thread reader8([] {printNumber("Bjarne"); });

  reader1.join();
  reader2.join();
  reader3.join();
  reader4.join();
  reader5.join();
  reader6.join();
  reader7.join();
  reader8.join();
  w1.join();
  w2.join();

  std::cout << std::endl;

  std::cout << "\nThe new telephone book" << std::endl;
  for (auto teleIt : teleBook) {
    std::cout << teleIt.first << ": " << teleIt.second << std::endl;
  }

  std::cout << std::endl;

}

第9行中的电话簿是共享变量，必须对其进行保护。八个线程要查询电话簿，两个线程想要修改它(第31 - 40行)。为了同时访问电话簿，读取线程使用std::shared_lock<std::shared_timed_mutex>(第23行)。写线程需要以独占的方式访问临界区，第15行中的std::lock_guard<std::shared_timed_mutex>具有独占性。最后，程序显示了更新后的电话簿(第55 - 58行)。

屏幕截图显示，读线程的输出是重叠的，而写线程是一个接一个地执行。这就意味着，读取操作应该是同时执行的。

这很容易让“电话簿”有未定义行为。

未定义行为

程序有未定义行为。更准确地说，它有一个数据竞争。啊哈！？在继续之前，停下来想几秒钟。

数据竞争的特征是，至少有两个线程同时访问共享变量，并且其中至少有一个线程是写线程，这种情况很可能在程序执行时发生。使用索引操作符读取容器中的值，并可以修改它。如果元素在容器中不存在，就会发生这种情况。如果在电话簿中没有找到“Bjarne”，则从读访问中创建一对(“Bjarne”，0)。可以通过在第40行前面打印Bjarne的数据，强制数据竞争。

可以看到的是，Bjarne的值是0。

修复这个问题的最直接的方法是使用printNumber函数中的读取操作:

// readerWriterLocksResolved.cpp

...

void printNumber(const std::string& na){
  std::shared_lock<std::shared_timed_mutex> readerLock(teleBookMutex);
  auto searchEntry = teleBook.find(na);
  if(searchEntry != teleBook.end()){
    std::cout << searchEntry->first << ": " << searchEntry->second << std::endl;
  }
  else{
    std::cout << na << " not found!" << std::endl;
  }
}
...

如果电话簿里没有相应键值，就把键值写下来，并且向控制台输出“找不到!”。

第二个程序执行的输出中，可以看到Bjarne的信息没有找到。第一个程序执行中，首先执行了addToTeleBook，所以Bjarne被找到了。

线程安全的初始化

如果变量从未修改过，那么就不需要锁或原子变量来进行同步，只需确保以线程安全的方式初始化就可以了。

C++中有三种以线程安全初始化变量的方法：

• 常量表达式

• std::call_once与std::once_flag结合的方式

• 作用域的静态变量

主线程中的安全初始化

以线程安全的方式初始化变量的最简单方法，是在创建任何子线程之前在主线程中初始化变量。

常数表达式

常量表达式，是编译器可以在编译时计算的表达式，隐式线程安全的。将关键字constexpr放在变量前面，会使该变量成为常量表达式。常量表达式必须初始化。

constexpr double pi = 3.14;

此外，用户定义的类型也可以是常量表达式。不过，必须满足一些条件才能在编译时初始化：

• 不能有虚方法或虚基类

• 构造函数必须为空，且本身为常量表达式

• 必须初始化每个基类和每个非静态成员

• 成员函数在编译时应该是可调用的，必须是常量表达式

MyDouble的实例满足所有这些需求，因此可以在编译时实例化。所以，这个实例化是线程安全的。

// constexpr.cpp

#include <iostream>

class MyDouble {
private:
  double myVal1;
  double myVal2;
public:
  constexpr MyDouble(double v1, double v2):myVal1(v1),myVal2(v2){}
  constexpr double getSum() const { return myVal1 + myVal2; }
};

int main() {

  constexpr double myStatVal = 2.0;
  constexpr MyDouble myStatic(10.5, myStatVal);
  constexpr double sumStat = myStatic.getSum();

}

std::call_once和std::once_flag

通过使用std::call_once函数，可以注册一个可调用单元。std::once_flag确保已注册的函数只调用一次。可以通过相同的std::once_flag注册其他函数，只能调用注册函数组中的一个函数。

std::call_once遵循以下规则:

• 只执行其中一个函数的一次，未定义选择哪个函数执行。所选函数与std::call_once在同一个线程中执行。

• 上述所选函数的执行成功完成之前，不返回任何调用。

• 如果函数异常退出，则将其传播到调用处。然后，执行另一个函数。

这个短例演示了std::call_once和std::once_flag的应用(都在头文件<mutex>中声明)。

// callOnce.cpp

#include <iostream>
#include <thread>
#include <mutex>

std::once_flag onceFlag;

void do_once() {
  std::call_once(onceFlag, [] {std::cout << "Only once." << std::endl; });
}

void do_once2() {
  std::call_once(onceFlag, [] {std::cout << "Only once2." << std::endl; });
}

int main() {

  std::cout << std::endl;

  std::thread t1(do_once);
  std::thread t2(do_once);
  std::thread t3(do_once2);
  std::thread t4(do_once2);

  t1.join();
  t2.join();
  t3.join();
  t4.join();

  std::cout << std::endl;

}

程序从四个线程开始(第21 - 24行)。其中两个调用do_once，另两个调用do_once2。预期的结果是“Only once”或“Only once2”只显示一次。

单例模式保证只创建类的一个实例，这在多线程环境中是一个具有挑战性的任务。由于std::call_once和std::once_flag的存在，实现这样的功能就非常容易了。

现在，单例以线程安全的方式初始化。

// singletonCallOnce.cpp

#include <iostream>
#include <mutex>

using namespace std;

class MySingleton {

private:
  static once_flag initInstanceFlag;
  static MySingleton* instance;
  MySingleton() = default;
  ~MySingleton() = default;

public:
  MySingleton(const MySingleton&) = delete;
  MySingleton& operator=(const MySingleton&) = delete;

  static MySingleton* getInstance() {
    call_once(initInstanceFlag, MySingleton::initSingleton);
    return instance;
  }

  static void initSingleton() {
    instance = new MySingleton();
  }
};

MySingleton* MySingleton::instance = nullptr;
once_flag MySingleton::initInstanceFlag;

int main() {

  cout << endl;

  cout << "MySingleton::getInstance(): " << MySingleton::getInstance() << endl;
  cout << "MySingleton::getInstance(): " << MySingleton::getInstance() << endl;

  cout << endl;

}

静态变量initInstanceFlag在第11行声明，在第31行初始化。静态方法getInstance(第20 - 23行)使用initInstanceFlag标志，来确保静态方法initSingleton(第25 - 27行)只执行一次。

default和delete修饰符

可以使用关键字default向编译器申请函数实现，编译器可以创建并实现它们。

用delete修饰一个成员函数的话，则该函数不可用，因此不能被调用。如果尝试使用它们，将得到一个编译时错误。这里有default和delete的详细信息。

MySingleton::getIstance()函数显示了单例的地址。

有作用域的静态变量

具有作用域的静态变量只创建一次，并且是惰性的，惰性意味着它们只在使用时创建。这一特点是基于Meyers单例的基础，以Scott Meyers命名，这是迄今为止C++中单例模式最优雅的实现。C++11中，带有作用域的静态变量有一个额外的特点，可以以线程安全的方式初始化。

下面是线程安全的Meyers单例模式。

// meyersSingleton.cpp

class MySingleton {
public:
  static MySingleton& getInstance() {
    static MySingleton instance;
    return instance;
  }

private:
  MySingleton();
  ~MySingleton();
  MySingleton(const MySingleton&) = delete;
  MySingleton& operator=(const MySingleton&) = delete;

};

MySingleton::MySingleton()= default;
MySingleton::~MySingleton()= default;


int main(){

  MySingleton::getInstance();

}

编译器对静态变量的支持

如果在并发环境中使用Meyers单例，请确保编译器对于C++11的支持。开发者经常依赖于C++11的静态变量语义，但是有时他们的编译器不支持这项特性，结果可能会创建多个单例实例。

讨论了这么多，而在thread_local中就没有共享变量的问题了。

接下来，我们来了解一下thread_local。