让类/进程/脚本「单身」的方法

2020 年 3 月 31 日
筆記

前言

有某些场景下，我们不希望有多个相同的 Linux 进程或 Shell 脚本同时执行，因为相同进程同时执行，可能会破坏数据的一致性。

当然还有在 C++ 代码里，有时希望保证程序中一个类只有一个实例，并提供一个访问它的全局访问点，也就是所谓的「单例模式」。只有一个实例很重要，比如一个打印机可以有多个打印任务，但是只有一个正在工作的任务，一个系统只能有一个窗口管理器或文件系统。　

接下来，简单介绍下：

Linux 命令的方式控制进程是「单例」的方式；
C 代码单进程控制的实现；
C++ 线程安全的「单例模式」实现。

正文

flock 命令为脚本加锁

可以用flock命令为 Shell 脚本加锁。当多个进程可能会执行同一个脚本，这些进程需要保证其它进程没有在操作，以免重复执行。通常，这样的进程会使用一个「锁文件」，也就是建立一个文件来告诉别的进程自己在运行，如果检测到那个文件存在则认为有操作同样数据的进程在工作。

flock命令来为脚本加锁，如下命令：

flock -xn <锁文件> -c <shell脚本>

-x : 获取一个排它锁，或者称为写入锁，为默认项
-n : 非阻塞模式，当获取锁失败时，返回 1 而不是等待
-c : 执行命令或脚本

实战演示

1. 编写一个测试脚本 test.sh

#! /bin/bash  echo "Hello World"  sleep 1000

2. flock 命令给脚本加锁

flock -xn ./test.lock -c "/root/test.sh"

3. 开启另外一个 bash 窗口运行同个的脚本

另外一个 bash 窗口运行了同个脚本后，未获取到锁直接返回了，直到上一个脚本运行完毕，这个才可以开始正常运行。

应用的场景

可以在 Linux 定时器/etc/crontab里运用flock命令为脚本加锁，防止重复执行：

* * * * * (flock -xn ./test.lock -c "/root/test.sh")

C 代码实现单进程控制

通常后台服务器程序都必须有且只有一个进程，那么如何控制单进程呢？思想和上面提到的flock命令差不多。

我们可以通过flock系统接口函数对某个文件进行加锁

若加锁不正常，说明后台服务进程已经在运行了，这时则直接报错退出；
若加锁成功，说明后台服务进程没有在运行，这时可以正常启用进程。

用 flock 函数实现的单进程控制代码

C 程序单进程控制

实战演练

我们在 main 函数使用上面的函数：

int main(void)  {        //进程单实例运行检测      if(0 != server_is_running())      {          printf("myserver process is running!!!!! Current process will exit !n");          return -1;      }        while(1)      {          printf("myserver doing ... n");          sleep(2);      }        return 0;  }

运行程序，可知进程pid是 6965

[root@lincoding singleprocess]# ./myserver  server is not running! begin to run..... pid=6965  myserver doing ...  myserver doing ...

此时，再运行同个程序，这时会报错退出，因为检测到程序已经在运行中，不可以起另外一个进程。

[root@lincoding singleprocess]# ./myserver  server is runing now! errno=11  myserver process is running!!!!! Current process will exit !

C++ 单例模式

单例模式指在整个系统生命周期里，保证一个类只能产生一个实例，确保该类的唯一性。

单例类的特点：

声明「构造函数和析构函数」为 private 类型，目的禁止外部构造和析构
声明「复制构造和赋值操作」函数为 private 类型，目的是禁止外部拷贝和赋值，确保实例的唯一性
类里有个获取实例的「静态函数」，可以全局访问

还有需要注意的是写单例类时，要注意多线程的竞争的问题，因为可能存在当两个线程同时获取单例对象时，产生出了两个对象，这就违背了单例模式的唯一性。

单例模式实现的方式有很多种，这里推荐一下相对比较简洁的懒汉式单例的两种写法：

在 C++ 11 标准中提出「局部静态变量」初始化具有线程安全性，那么此时写出一个线程安全的单例类，只需要几行代码。

局部静态对象单例模式实现

Single 使用的静态变量是一个「局部静态变量」，因此只有在 Single 的GetInstance()函数被调用时其才会被创建，从而拥有了延迟初始化（Lazy）的效果，提高了程序的启动性能。同时该实例将生存至程序执行完毕。而就 Single 的用户代码而言，其生存期贯穿于整个程序生命周期，从程序启动开始直到程序执行完。

同时，C++ 11 也提供一个新的东西叫std::call_once，配合std::once_flag，可以保证函数在任何情况下只调用一次。

std::call_once 单例模式实现