shared_ptr是線程安全的嗎？
[導讀]來源|https://blog.csdn.net/Solstice/article/details/8547547聲明|?本文為CSDN博主[陳碩]原創(chuàng)文章，如有侵權請聯系刪除最近看見交流群里小伙伴在討論這個問題，自己也很感興趣，上網找到了陳碩大佬的這篇文章，分享給大家！以下是正...
來源 | https://blog.csdn.net/Solstice/article/details/8547547聲明 |?本文為CSDN博主[陳碩]原創(chuàng)文章，如有侵權請聯系刪除
一個 shared_ptr 對象實體可被多個線程同時讀?。ㄎ臋n例1）；
兩個 shared_ptr 對象實體可以被兩個線程同時寫入（例2），“析構”算寫操作；
如果要從多個線程讀寫同一個 shared_ptr 對象，那么需要加鎖（例3~5）。
請注意，以上是 shared_ptr 對象本身的線程安全級別，不是它管理的對象的線程安全級別。
后文（p.18）則介紹如何高效地加鎖解鎖。本文則具體分析一下為什么“因為 shared_ptr 有兩個數據成員，讀寫操作不能原子化”使得多線程讀寫同一個 shared_ptr 對象需要加鎖。這個在我看來顯而易見的結論似乎也有人抱有疑問，那將導致災難性的后果，值得我寫這篇文章。本文以 boost::shared_ptr 為例，與 std::shared_ptr 可能略有區(qū)別。
shared_ptr 的數據結構
shared_ptr 是引用計數型（reference counting）智能指針，幾乎所有的實現都采用在堆（heap）上放個計數值（count）的辦法（除此之外理論上還有用循環(huán)鏈表的辦法，不過沒有實例）。具體來說，shared_ptr 包含兩個成員，一個是指向 Foo 的指針 ptr，另一個是 ref_count 指針（其類型不一定是原始指針，有可能是 class 類型，但不影響這里的討論），指向堆上的 ref_count 對象。ref_count 對象有多個成員，具體的數據結構如圖 1 所示，其中 deleter 和 allocator 是可選的。
圖 1：shared_ptr 的數據結構
為了簡化并突出重點，后文只畫出 use_count 的值：
以上是 shared_ptr x(new Foo); 對應的內存數據結構。
如果再執(zhí)行 shared_ptr y = x; 那么對應的數據結構如下。
但是 y=x 涉及兩個成員的復制，這兩步拷貝不會同時（原子）發(fā)生。
中間步驟 1，復制 ptr 指針：
中間步驟 2，復制 ref_count 指針，導致引用計數加 1：
步驟1和步驟2的先后順序跟實現相關（因此步驟 2 里沒有畫出 y.ptr 的指向），我見過的都是先1后2。
既然 y=x 有兩個步驟，如果沒有 mutex 保護，那么在多線程里就有 race condition。
多線程無保護讀寫 shared_ptr 可能出現的 race condition考慮一個簡單的場景，有 3 個 shared_ptr 對象 x、g、n：
shared_ptr g(new Foo); // 線程之間共享的 shared_ptr shared_ptr x; // 線程 A 的局部變量 shared_ptr n(new Foo); // 線程 B 的局部變量 一開始，各安其事。
線程 A 執(zhí)行 x = g; （即 read g），以下完成了步驟 1，還沒來及執(zhí)行步驟 2。這時切換到了 B 線程。
同時編程 B 執(zhí)行 g = n; （即 write g），兩個步驟一起完成了。
先是步驟 1：
再是步驟 2：
這是 Foo1 對象已經銷毀，x.ptr 成了空懸指針！
最后回到線程 A，完成步驟 2：
多線程無保護地讀寫 g，造成了“x 是空懸指針”的后果。這正是多線程讀寫同一個 shared_ptr 必須加鎖的原因。
當然，race condition 遠不止這一種，其他線程交織（interweaving）有可能會造成其他錯誤。
思考，假如 shared_ptr 的 operator= 實現是先復制 ref_count（步驟 2）再復制 ptr（步驟 1），會有哪些 race condition？
雜項
shared_ptr 作為 unordered_map 的 key
如果把 boost::shared_ptr 放到 unordered_set 中，或者用于 unordered_map 的 key，那么要小心 hash table 退化為鏈表。http://stackoverflow.com/questions/6404765/c-shared-ptr-as-unordered-sets-key/12122314#12122314
直到 Boost 1.47.0 發(fā)布之前，unordered_set > 雖然可以編譯通過，但是其 hash_value 是 shared_ptr 隱式轉換為 bool 的結果。也就是說，如果不自定義hash函數，那么 unordered_{set/map} 會退化為鏈表。https://svn.boost.org/trac/boost/ticket/5216
Boost 1.51 在 boost/functional/hash/extensions.hpp 中增加了有關重載，現在只要包含這個頭文件就能安全高效地使用 unordered_set 了。
這也是 muduo 的 examples/idleconnection 示例要自己定義 hash_value(const boost::shared_ptr
一個 shared_ptr 對象實體可被多個線程同時讀?。ㄎ臋n例1）；
兩個 shared_ptr 對象實體可以被兩個線程同時寫入（例2），“析構”算寫操作；
如果要從多個線程讀寫同一個 shared_ptr 對象，那么需要加鎖（例3~5）。
請注意，以上是 shared_ptr 對象本身的線程安全級別，不是它管理的對象的線程安全級別。
后文（p.18）則介紹如何高效地加鎖解鎖。本文則具體分析一下為什么“因為 shared_ptr 有兩個數據成員，讀寫操作不能原子化”使得多線程讀寫同一個 shared_ptr 對象需要加鎖。這個在我看來顯而易見的結論似乎也有人抱有疑問，那將導致災難性的后果，值得我寫這篇文章。本文以 boost::shared_ptr 為例，與 std::shared_ptr 可能略有區(qū)別。
shared_ptr 的數據結構
shared_ptr 是引用計數型（reference counting）智能指針，幾乎所有的實現都采用在堆（heap）上放個計數值（count）的辦法（除此之外理論上還有用循環(huán)鏈表的辦法，不過沒有實例）。具體來說，shared_ptr
圖 1：shared_ptr 的數據結構
為了簡化并突出重點，后文只畫出 use_count 的值：
以上是 shared_ptr
如果再執(zhí)行 shared_ptr
但是 y=x 涉及兩個成員的復制，這兩步拷貝不會同時（原子）發(fā)生。
中間步驟 1，復制 ptr 指針：
中間步驟 2，復制 ref_count 指針，導致引用計數加 1：
步驟1和步驟2的先后順序跟實現相關（因此步驟 2 里沒有畫出 y.ptr 的指向），我見過的都是先1后2。
既然 y=x 有兩個步驟，如果沒有 mutex 保護，那么在多線程里就有 race condition。
多線程無保護讀寫 shared_ptr 可能出現的 race condition考慮一個簡單的場景，有 3 個 shared_ptr
shared_ptr
線程 A 執(zhí)行 x = g; （即 read g），以下完成了步驟 1，還沒來及執(zhí)行步驟 2。這時切換到了 B 線程。
同時編程 B 執(zhí)行 g = n; （即 write g），兩個步驟一起完成了。
先是步驟 1：
再是步驟 2：
這是 Foo1 對象已經銷毀，x.ptr 成了空懸指針！
最后回到線程 A，完成步驟 2：
多線程無保護地讀寫 g，造成了“x 是空懸指針”的后果。這正是多線程讀寫同一個 shared_ptr 必須加鎖的原因。
當然，race condition 遠不止這一種，其他線程交織（interweaving）有可能會造成其他錯誤。
思考，假如 shared_ptr 的 operator= 實現是先復制 ref_count（步驟 2）再復制 ptr（步驟 1），會有哪些 race condition？
雜項
shared_ptr 作為 unordered_map 的 key
如果把 boost::shared_ptr 放到 unordered_set 中，或者用于 unordered_map 的 key，那么要小心 hash table 退化為鏈表。http://stackoverflow.com/questions/6404765/c-shared-ptr-as-unordered-sets-key/12122314#12122314
直到 Boost 1.47.0 發(fā)布之前，unordered_set
Boost 1.51 在 boost/functional/hash/extensions.hpp 中增加了有關重載，現在只要包含這個頭文件就能安全高效地使用 unordered_set
這也是 muduo 的 examples/idleconnection 示例要自己定義 hash_value(const boost::shared_ptr
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