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Singleton が複数回初期化されてしまう

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aglkjggg

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前提・実現したいこと

Assetというクラスでアセットファイルの読み込みを行っています。
アセットファイルはアプリ起動後ずっと利用するので、
一度読み込んだ後はメモリ上に残しておきたいと思っています。

調べると、GoFデザインパターのうちSingletonというのが使えるということが分かり、
以下のように実装しました

public class Asset
{
  private static Asset _instance;
  public static Asset Instance
  {
    get
    {
      if (_instance == null)
      {
        _instance = new Asset();
      }
      return _instance;
    }
  }

  private Asset()
  {
    // コンストラクタでアセットファイルの読み込みを行う
  }
}

しかし、アプリ起動後は以下のコードのように複数スレッドを同時に生成するような動きをするため、
Singletonであっても同時に複数回Assetクラスが初期化されてしまいました。
その結果、メモリが一気に大量に消費されるような動きとなってしまっています。

static void Main(string[] args)
{
  Task.Run(() =>
  {
      Enumerable.Range(0, 10)
        .ToList()
        .ForEach(x => AsyncMain());
  });
}

調べていくとawaitを利用した関数の中で初めて初期化するとこのような動きになることが分かりました。

static async void AsyncMain()
{
  // 複数回初期化されない
  var x = Asset.Instance;

  // await の中だと複数回初期化される
  // var y = await Something.Do(Asset.Instance);
}

MSDNによると静的コンストラクタは最高で一度だけ実行されると書かれていました。
The static constructor for a class executes at most once in a given application domain.
https://msdn.microsoft.com/en-us/library/aa645612.aspx

 質問

なぜawaitの中で初めてインスタンスの初期化を行うとSingletonの本来の動きにならない(複数回初期化されてしまう)のでしょうか?

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回答 2

checkベストアンサー

+2

まず最初に
静的コンストラクタを勘違いされているようです。
静的コンストラクタとは以下のような書き方をするもので、
プログラム全体で数えて初めてそのクラスが作られた時に一度だけ実行されます。
追記:staticメンバが初めて参照される場合でも呼ばれるようです。その場合でもプログラム全体で実行されるのは一度だけです。

class MyClass
{
    static MyClass() // 通常のコンストラクタの前にstaticが付く
    {
    }
}

今回の件の要点は、スレッドセーフの話です。

スレッドセーフな作りになってないので、複数のスレッドでAssetが同時に呼ばれると最初の_instanceのnewが終わるまでの間に他のスレッドがif文をすり抜けてしまう事が起こり得ます。
(newが完了するまで_instanceはnullのままなので)

解決方法はいろいろあります。
例としてロックオブジェクトを使うやり方を紹介します。
ただし、このやり方は簡単ですがベストなやり方というわけではないので、
興味を持ったら別の方法も調べて試してみてください。

public class Asset
{
  private static object lockObject = new object(); // lockオブジェクトを作成
  private static Asset _instance;
  public static Asset Instance
  {
    get
    {
      lock (lockObject) // このスコープ内は一つのスレッドしか通過できず、そのスレッドが完了するまで他のスレッドは待ち状態になる
      {
         if (_instance == null)
         {
            _instance = new Asset();
         }
      }
      return _instance;
    }
  }

  private Asset()
  {
    // コンストラクタでアセットファイルの読み込みを行う
  }
}

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  • 2016/10/25 16:03 編集

    ちなみによく見かける実装パターンはこういうのです。質問文のコードもこれと同じなので静的コンストラクタを使うというのは何かの間違いなのかなと思っていました。
    http://qiita.com/rohinomiya/items/6bca22211d1bddf581c4

    キャンセル

  • 2016/10/25 16:18

    ありがとうございます。

    できるだけよく知られている方法で書いたほうがいいと思うので、
    基本的なパターンに準拠して書き直しておきます><

    キャンセル

  • 2016/10/25 16:37

    私の紹介した、ただlockオブジェクトでロックするというやり方はいちいちロックスコープを通過するので処理が重いという欠点があったのですが、上記サイトの「Double-checked-lockingイディオムパターン」はそれを解決していますね。
    私自身、今回の質問はいろいろ勉強になりました。ありがとうございます。

    キャンセル

0

こんにちは。

コンストラクタが静的(static)になっていないと思います。
こんな事情も絡むようです。

また、シングトンの生成時はスレッド安全性の考慮が必要です。
一般にif (xxx) yyy;の構造は、if判定後に他のスレッドに実行権が渡る可能性があるため、その時誤動作しやすいです。

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  • 2016/10/25 14:01 編集

    ご回答ありがとうございます。
    C#のSingletonについての濃厚な記事の紹介もありがとうございます。

    キャンセル

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