`weak_ptr`和`shared_ptr`访问如何是原子的

Question

std::shared_ptr<int> int_ptr;

int main() {
    int_ptr = std::make_shared<int>(1);
    std::thread th{[&]() {
        std::weak_ptr int_ptr_weak = int_ptr;
        auto int_ptr_local = int_ptr_weak.lock();
        if (int_ptr_local) {
            cout << "Value in the shared_ptr is " << *int_ptr_local << endl;
        }
    });

    int_ptr.reset(nullptr);
    th.join();
    return 0;
}

上面的代码是否安全？我读了这个答案关于weak_ptr的线程安全,但只是想确保上面的代码是线程安全的.

我问这个的原因是,如果上面的代码确实是线程安全的,我无法理解std::weak_ptr和std::shared_ptr接口如何使以下操作成为原子expired() ? shared_ptr<T>() : shared_ptr<T>(*this).在我看来,如果不使用某种互斥锁或自旋锁,就不能使上面这两行逻辑代码同步.

我理解原子增量如何与不同的共享指针实例一起工作,我理解它们shared_ptr本身不是线程安全的,但如果上面确实是线程安全的,那就非常像线程安全shared_ptr而且我不明白两行代码如何就像在条件上面可以做成原子而没有锁.

Answer 1

上面的代码线程安全吗？

我相信这不是，就像int_ptr.reset(nullptr);比赛一样std::weak_ptr int_ptr_weak = int_ptr;

我无法理解 std::weak_ptr 和 std::shared_ptr 接口如何使以下操作原子化expired() ? shared_ptr<T>() : shared_ptr<T>(*this)

这样的操作不是原子的，因为expired()可能会返回 false，但是当您对该值进行操作时，它可能不再准确。另一方面，如果它返回 true，只要此后没有人修改过这个特定的shared_ptr 实例，就保证保持准确。也就是说，对给定的shared_ptr的其他副本的操作不会导致它过期。

该weak_ptr::lock()实现不会使用expired(). 它可能会执行类似于原子比较交换的操作，其中仅当当前强引用数量大于零时才会添加额外的强引用。

Answer 2

这个问题有两个部分：

线程安全

该代码不是线程lock()安全的，但这与:和
之间存在竞争无关。因为一个线程正在修改非原子变量，而另一个线程正在读取它，根据定义，这是一场数据竞争。int_ptr.reset();std::weak_ptr int_ptr_weak = int_ptr;int_ptr

所以这样就可以了：

int main() {
    auto int_ptr = std::make_shared<int>(1);
    std::weak_ptr<int> int_ptr_weak = int_ptr;  //create the weak pointer in the original thread
    std::thread th( [&]() {
        auto int_ptr_local = int_ptr_weak.lock();
        if (int_ptr_local) {
            std::cout << "Value in the shared_ptr is " << *int_ptr_local << std::endl;
        }
    });

    int_ptr.reset();
    th.join();
}

示例代码的原子版本expired() ? shared_ptr<T>() : shared_ptr<T>(*this)

当然整个过程不可能是原子的。真正重要的部分是，强引用计数只有在它已经大于零时才会递增，并且检查和递增以原子方式发生。我不知道是否有任何系统/架构特定的原语可用于此，但在 c++11 中实现它的一种方法是：

std::shared_ptr<T> lock() {
    if (!isInitialized) {
        return std::shared_ptr<T>();
    }
    std::atomic<int>& strong_ref_cnt = get_strong_ref_cnt_var_from_control_block();
    int old_cnt = strong_ref_cnt.load();
    while (old_cnt && !strong_ref_cnt.compare_exchange_weak(old_cnt, old_cnt + 1)) {
        ;
    }
    if (old_cnt > 0) {
        // create shared_ptr without touching the control block any further
    } else {
        // create empty shared_ptr
    }
}