在使用互斥锁时，C++单例需要内存屏障吗？

Question

我从这里了解到，互斥锁也可以产生内存屏障的效果：Can mutex replace memory barriers，但我总是看到在下面的 C++ 单例模式示例中使用了一个内存屏障，这个内存屏障是否是不必要的？

Singleton* Singleton::getInstance() {
     Singleton* tmp = m_instance.load(std::memory_order_relaxed);
     std::atomic_thread_fence(std::memory_order_acquire);        
     if (tmp == nullptr) {
         std::lock_guard<std::mutex> lock(m_mutex);               // using mutex here
         tmp = m_instance.load(std::memory_order_relaxed);
         if (tmp == nullptr) {
             tmp = new Singleton;
             assert(tmp != nullptr);    
             std::atomic_thread_fence(std::memory_order_release); // using memory barrier here
             m_instance.store(tmp, std::memory_order_relaxed);
         }
     }
     return tmp;
 }

- woder

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你根本不需要那些东西，只需按照Scott Meyer的《C++单例模式》（副本）中所述进行操作即可。它是惰性评估的，并且已经具有线程安全保证。 - πάντα ῥεῖ

谢谢，但我也想弄清楚内存屏障是否必要 @πάνταῥεῖ - woder

Pthread_mutexes通常用作C++锁的基础，将锁定和解锁操作定义为地址空间范围内的屏障；因此，在这种情况下，您不需要使用fences。您的std::lock_guard实现是否记录了该保证？标准在这个问题上似乎异常地缄默。 - mevets

你将从了解内存模型的工作原理中受益更多，而不是询问特定示例。话虽如此，通常不建议触碰除顺序一致性之外的任何原子操作。 - Passer By

“@woder：“但是我还想确定是否需要内存屏障。” 如上所述，不需要。Scott Meyer的单例模式不需要任何锁或屏障。但是，@Nathan决定重新打开并取消重复你的问题，尽管在我个人看来，你所需的所有答案都已经在那里了。” - πάντα ῥεῖ

Answer 1

如果您能使用C++11，就不需要编写自己的保护程序。正如这里所提到的，所有必需的内容都已包含在C++11中。从那里复制过来：

对于单例模式，不需要双重检查锁定：

如果在变量正在初始化时并发地进入声明，则并发执行应等待初始化完成。 — § 6.7 [stmt.dcl] p4

Singleton& GetInstance() {
  static Singleton s;
  return s;
}

实现将提供内存屏障或其他机制以保护您的并发访问。因此，请像示例中所示那样保持简单！

- Klaus

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Scott Meyer的Singleton模式使用静态初始化对象是好的和简单的，但当不同的单例实例之间存在特定的初始化顺序请求时，问题就出现了。还有另一种解决方案，使用pthread_once来创建单个实例。无论如何，我不是在寻找如何创建单个实例，只是想知道互斥锁和内存屏障的作用，感谢您的回答。 - woder