为什么这个C++静态单例永远不会停止？

Question

我在C++中实现了单例(静态版本).我知道关于这种模式和潜在的线程安全问题的所有争议,但我很好奇为什么这个确切的实现不会停止.该程序永不退出,最终仍处于死锁状态.

singleton.h:

#pragma once
#include <thread>
#include <atomic>

class Singleton
{
public:
    static Singleton& getInstance();

private:
    std::thread mThread;
    std::atomic_bool mRun;

    Singleton();
    ~Singleton();
    void threadFoo();
};

singleton.cpp

#include "singleton.h"

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

Singleton::Singleton()
{
    mRun.store(true);
    mThread = std::thread(&Singleton::threadFoo, this);
}

Singleton::~Singleton()
{
    mRun.store(false);

    if(mThread.joinable())
        mThread.join();
}

void Singleton::threadFoo()
{
    while(mRun)
    {
    }
}

main.cpp中

#include "singleton.h"

int main()
{
    Singleton::getInstance();
    return 0;
}

我所知道的:

• 线程终止
• 主线程卡在连接中
• 它与静态有关,如果我使构造函数公开并在main()中创建一个Singleton实例,它将正确终止.

使用Visual Studio 2012.感谢您的建议.

Answer 1

在主线程上,main()终止后,CRT获取退出锁并调用静态实例析构函数,等待后台线程退出.

在后台线程上,在线程函数终止后,CRT尝试获取退出锁以执行一些线程终止工作.这会永远阻塞,因为退出锁是由主线程保持的,它正在等待该线程退出.

这是由CRT实现引起的简单死锁.最重要的是,您不能在Windows上的静态实例析构函数中等待线程终止.

Answer 2

我把它追溯到void __cdecl _lock(int locknum)里面mlock.c.当main()结束时,主线程去那里并进入临界区EnterCriticalSection( _locktable[locknum].lock );.然后调用Singleton析构函数,另一个线程尝试进入相同的临界区,但不能,因此它开始等待主线程离开临界区.反过来,主线程等待另一个线程.所以我猜这是一个错误.

Answer 3

好的，谢谢大家的提示。显然，这种模式的实现会导致 VC++ 上的死锁。

经过进一步的研究，我发现这个实现基于 C++11 机制，可在 VC++ 中运行。

单例.h

#pragma once
#include <thread>
#include <atomic>
#include <memory>
#include <mutex>


class Singleton
{
public:
    static Singleton& getInstance();
    virtual ~Singleton();

private:
    static std::unique_ptr<Singleton> mInstance;
    static std::once_flag mOnceFlag;
    std::thread mThread;
    std::atomic_bool mRun;

    Singleton();

    void threadFoo();
};

单例.cpp

#include "singleton.h"

std::unique_ptr<Singleton> Singleton::mInstance = nullptr;
std::once_flag Singleton::mOnceFlag;


Singleton& Singleton::getInstance()
{
    std::call_once(mOnceFlag, [] { mInstance.reset(new Singleton); });
    return *mInstance.get();
}


Singleton::Singleton()
{
    mRun.store(true);
    mThread = std::thread(&Singleton::threadFoo, this);
}

Singleton::~Singleton()
{ 
    mRun.store(false);

    if(mThread.joinable())
        mThread.join();
}

void Singleton::threadFoo()
{
    while(mRun.load())
    {
    }
}

更新

看来微软已经意识到这个问题了。在 VC++ 论坛中，名为“dlafleur”的用户报告了此帖子： https ://connect.microsoft.com/VisualStudio/feedback/details/747145