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            C++分析研究  
            C++
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            <2014年3月>
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              前陣子寫靜態(tài)lib導出單實例多線程安全API時,出現(xiàn)了CRITICAL_SECTION初始化太晚的問題,之后查看了錯誤的資料,引導向了錯誤的理解,以至于今天凌晨看到另一份代碼,也不多想的以為singletone double check會出bug,本文做下記錄備忘。
              相關知識點:Singleton Double Check、多線程下的局部Static對象、靜態(tài)Lib中的全局對象。
              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(不考慮全局對象的初始化)沒有問題。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)行會被線程B g_instance == NULL的判斷打斷,導致線程B返回的g_instance是一個半成品。實際上不會,因為g_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,這沒有問題。
              按照文檔的說法,g_instance變量應該加上volatile,避免編譯器優(yōu)化,編譯器優(yōu)化之后,可能會導致g_instance變量的賦值在SingleInstance構(gòu)造函數(shù)執(zhí)行之前。volatile用于表明這個變量是易變的,每一次都直接操作對應內(nèi)存,而不是用寄存器緩存,不會去優(yōu)化指令。這里如果不使用它,就可能導致編譯器調(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)行中沒有被修改,先賦值給g_instance和晚賦值給g_instance沒有區(qū)別。
              二、導出Lib中慎用全局對象
              我的Lib的導出API提供的數(shù)據(jù)只需要獲取一次就夠了,不能多次獲取,所以它必須是單實例的、多線程安全的,再考慮到不能浪費頻繁的鎖消耗,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Lock封裝了臨界區(qū)的初始化,什么時候初始化?必須是全局對象,如果為定義局部static對象會導致多線程不安全。
            static對象不是多線程安全的:

              從上圖的匯編指令可以看到static對象的構(gòu)造函數(shù)是否被執(zhí)行的判斷邏輯:
              1、通過標識值判斷是否該執(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),首先把標志值置位托福答案 www.yztrans.com
              有可能多個線程都同時通過了1的判斷,導致構(gòu)造函數(shù)被多次執(zhí)行。
              使用了全局對象之后發(fā)現(xiàn)也不可行:導出函數(shù)依賴全局對象的初始化,雖然全局對象會在main函數(shù)之前初始化,但初始化時機還是可能太晚了,譬如這種情況:lib的使用者也定義了全局對象,并且初始化得更早,使用者的全局對象構(gòu)造函數(shù)里調(diào)用了lib的導出函數(shù),導出函數(shù)使用了還沒初始化的臨界區(qū)全局對象導致崩潰,更麻煩的是,使用者的dump捕獲機制是在main函數(shù)里初始化的,生效得太晚,導致dump無法捕獲,使這個crash更加隱蔽。C++的全局對象應該盡量少用。exe里面如果使用了全局對象,則需要保證dump捕獲機制對所有的代碼都生效。
              既然臨界區(qū)初始化問題無法解決,局部static對象、全局對象都無法使用,需要找到一個不需要初始化又能實現(xiàn)鎖的方法:那就是原子操作。
              單純的原子操作并沒有鎖的功能,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)存時就初始化為0,所以不存在初始化問題;InterlockedExchange 適用于xp、win7、win8,不存在系統(tǒng)限制;多個線程同時調(diào)用InterlockedExchange,只能有一個線程得到0,保證只初始化一次,其余線程進入while循環(huán)等待,直到g_point非空。問題不逼你,你就不會想到還有這么好的實現(xiàn)思路 :)
              使用原子操作還可以很容易的實現(xiàn)臨界區(qū)鎖的功能,這里就不說了托福答案 www.lefeng123.com
              三、PE文件中的Lib庫全局變量
              像上邊定義的全局變量,如果DLL和EXE都使用這個lib,它們各自有一份獨立的全局變量。
             

            posted on 2014-03-21 21:22 HAOSOLA 閱讀(274) 評論(0)  編輯 收藏 引用
             
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