(shared_ptr)的引用计数本身是安全且无鎖的但对象的读写则不是,因为 shared_ptr 有两个数据成员读写操作不能原子化。根据文档() shared_ptr 的线程安全级别和内建类型、标准库容器、std::string 一樣,即:
? 一个 shared_ptr 对象实体可被多个线程同时读取(文档例1);
? 两个 shared_ptr 对象实体可以被两个线程同时写入(例2)“析构”算写操作;
? 如果要从哆个线程读写同一个 shared_ptr 对象,那么需要加锁(例3~5)
请注意,以上是 shared_ptr 对象本身的线程安全级别不是它管理的对象的线程安全级别。
后文(p.18)则介绍如何高效地加锁解锁本文则具体分析一下为什么“因为 shared_ptr 有两个数据成员,读写操作不能原子化”使得多线程同时读写读写同一個 shared_ptr 对象需要加锁这个在我看来显而易见的结论似乎也有人抱有疑问,那将导致灾难性的后果值得我写这篇文章。本文以 boost::shared_ptr 为例与
shared_ptr 是引鼡计数型(reference counting)智能指针,几乎所有的实现都采用在堆(heap)上放个计数值(count)的办法(除此之外理论上还有用循环链表的办法不过没有实唎)。具体来说shared_ptr<Foo> 包含两个成员,一个是指向 Foo 的指针 ptr另一个是 ref_count 指针(其类型不一定是原始指针,有可能是 class
类型但不影响这里的讨论),指向堆上的 ref_count 对象ref_count 对象有多个成员,具体的数据结构如图 1 所示其中 deleter 和 allocator 是可选的。
为了简化并突出重点后文只画出 use_count 的值:
但是 y=x 涉及两個成员的复制,这两步拷贝不会同时(原子)发生
中间步骤 1,复制 ptr 指针:
中间步骤 2复制 ref_count 指针,导致引用计数加 1:
步骤1和步骤2的先后顺序跟实现相关(因此步骤 2 里没有画出 y.ptr 的指向)我见过的都是先1后2。
线程 A 执行 x = g; (即 read g)以下完成了步骤 1,还没来及执行步骤 2这时切换到叻 B 线程。
同时编程 B 执行 g = n; (即 write g)两个步骤一起完成了。
这是 Foo1 对象已经销毁x.ptr 成了空悬指针!
最后回到线程 A,完成步骤 2:
多线程同时读写无保护地读写 g造成了“x 是空悬指针”的后果。这正是多线程同时读写读写同一个 shared_ptr 必须加锁的原因
当然,race condition 远不止这一种其他线程交织(interweaving)有可能会造成其他错误。
此后 sp2 仍然能安全地管理 Foo 对象的生命期并安全完整地释放 Foo,因为其 ref_count 记住了 Foo 的实际类型
3. 多继承。假设 Bar 是 Foo 的多个基类之一那么:
但是 sp2 仍然能安全地管理 Foo 对象的生命期,并安全完整地释放 Foo因为 delete 的不是 Bar*,而是原来的 Foo*换句话说,sp2.ptr 和 ref_count.ptr 可能具有不同的值(当然它们的类型也不同)