让类 / 进程 / 脚本「单身」的方法

发布于 2020-9-3 11:30
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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,有时希望系统保证系统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"

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3. 开启另外一个 bash 窗口运行同个的脚本

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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

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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。

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Single 内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。

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小结
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