"Безопасность потоков и оптимизация шаблона Singleton в Delphi"

Delphi , Компоненты и Классы , Потоки

Безопасность потоков и оптимизация шаблона Singleton в Delphi

Вопрос о реализации шаблона Singleton в многопоточной среде является актуальным для разработчиков, использующих Delphi и Object Pascal. Шаблон Singleton предполагает наличие одного экземпляра класса, который может быть получен извне. Однако, при работе с потоками, важно обеспечить безопасность доступа к этому экземпляру.

Проблема

Рассмотрим пример функции getInstance, которая должна возвращать экземпляр класса, используя шаблон Singleton. В коде присутствует использование InterlockedCompareExchange, которое предполагается использовать для оптимизации процесса создания экземпляра класса.

interface

uses SyncObjs;

type
  TMCriticalSection = class(TCriticalSection)
  private
    Dummy : array [0..95] of Byte;
  end;

var
  InstanceNumber: Integer;
  AObject: TObject;
  CriticalSection: TMCriticalSection;

function getInstance: TObject;

implementation

uses Windows;

function getInstance: TObject;
begin
  // Проверка на создание экземпляра с использованием InterlockedCompareExchange
  if InterlockedCompareExchange(InstanceNumber, 1, 0) > 0 then
  begin
    Result := AObject;
  end
  else
  begin
    CriticalSection.Enter;
    try
      AObject := TObject.Create;
    finally
      CriticalSection.Leave;
    end;
    InterlockedIncrement(InstanceNumber);
    Result := AObject;
  end;
end;

initialization
  CriticalSection := TMCriticalSection.Create;
  InstanceNumber := 0;

finalization
  CriticalSection.Free;
end.

Вопросы, которые возникают у разработчика:

1. Безопасен ли данный дизайн для многопоточности, особенно при использовании InterlockedExchange?
2. Как правильно использовать InterlockedCompareExchange для проверки значения InstanceNumber?
3. Лучше ли использовать данный подход, чем помещать весь код в контекст критической секции?

Решение

Из обсуждения в комментариях видно, что предложенный подход некорректен. При одновременном доступе нескольких потоков к функции getInstance возможно создание нескольких экземпляров класса или, наоборот, отсутствие создания экземпляра вовсе.

Подход с использованием двойной проверки (double-checked locking)

В Delphi можно использовать двойную проверку для реализации Singleton, что позволит избежать использования критической секции для всего кода. Это достигается за счет использования атомарной операции InterlockedCompareExchangePointer.

interface

function getInstance: TObject;

implementation

var
  AObject: TObject;

function getInstance: TObject;
var
  newObject: TObject;
begin
  if (AObject = nil) then
  begin
    newObject := TObject.Create;
    // Использование InterlockedCompareExchangePointer для атомарной операции
    if InterlockedCompareExchangePointer(AObject, newObject, nil) <> nil then
    begin
      newObject.Free; // Если другой поток уже создал объект, освобождаем наш
    end;
  end;
  Result := AObject;
end;

Заключение

Для обеспечения безопасности потоков при реализации Singleton в Delphi следует использовать атомарные операции, такие как InterlockedCompareExchangePointer. Это позволит избежать взаимных блокировок и повысить производительность программы. Важно также учитывать, что некоторые операции, такие как создание объектов, могут потребовать дополнительной синхронизации, несмотря на использование атомарных операций.

Примечание

Данная статья предоставлена в общественное достояние. При использовании материала ссылка на источник не требуется.

Создано по материалам из источника по ссылке.

Вопрос связан с безопасной реализацией шаблона Singleton в многопоточной среде, используя Delphi и Object Pascal, с акцентом на использование атомарных операций для предотвращения гонок данных и обеспечения корректной работы программы

Комментарии и вопросы

Получайте свежие новости и обновления по Object Pascal, Delphi и Lazarus прямо в свой смартфон. Подпишитесь на наш Telegram-канал delphi_kansoftware и будьте в курсе последних тенденций в разработке под Linux, Windows, Android и iOS

:: Главная :: Потоки ::