shared_ptr：灵魂拷问之如何解决多线程安全

后端

2022-12-25 20:09:00

共享指针的线程安全问题：深度探索

简介

共享指针（shared_ptr）是一种智能指针，可安全有效地管理动态分配的内存。它可以自动释放内存，并且允许多个线程同时访问它。然而，共享指针本质上并不线程安全，在多线程环境下可能存在问题。

共享指针的线程安全问题

当多个线程同时访问同一共享指针对象时，可能会引发线程安全问题。例如，一个线程可能会修改共享指针指向的对象，而另一个线程在不知情的情况下使用该对象。这种冲突可能导致程序崩溃或生成错误的结果。

解决共享指针线程安全问题的技术

要解决共享指针的线程安全问题，有几种方法可供选择：

引用计数： 引用计数是一种跟踪共享指针对象被引用次数的技术。当创建共享指针对象时，其引用计数设置为 1。每次复制或赋值共享指针对象时，其引用计数都会增加。当销毁共享指针对象时，其引用计数会减少。当引用计数降至 0 时，共享指针指向的内存将被释放。
原子操作： 原子操作是可以在多线程环境中安全执行的操作。原子操作确保在一个线程完成操作之前，其他线程无法执行该操作。
互斥量： 互斥量是一种同步机制，可确保同一时刻只有一个线程可以访问共享资源。

最佳方法的选择

在实际应用中，选择最佳方法应根据具体情况。

如果只需要确保共享指针对象在多线程环境中是安全的，则引用计数是一个不错的选择。
如果需要确保共享指针对象在多线程环境中具有原子安全性，则应使用原子操作。
如果需要确保共享指针对象在多线程环境中是独占安全的，则互斥量是最佳选择。

代码示例：使用互斥量确保线程安全

#include <mutex>
#include <memory>

class MyClass {
public:
  MyClass() = default;
  ~MyClass() = default;

private:
  std::mutex mutex_;
  int value_ = 0;
};

int main() {
  std::shared_ptr<MyClass> shared_ptr = std::make_shared<MyClass>();

  std::thread thread1([&shared_ptr] {
    std::lock_guard<std::mutex> lock(shared_ptr->mutex_);
    shared_ptr->value_++;
  });

  std::thread thread2([&shared_ptr] {
    std::lock_guard<std::mutex> lock(shared_ptr->mutex_);
    shared_ptr->value_--;
  });

  thread1.join();
  thread2.join();

  // 共享指针对象的值现在为 0
  std::cout << shared_ptr->value_ << std::endl;

  return 0;
}