std::shared_ptr 复制构造函数线程安全

Question

std::shared_ptr 规范保证只有一个线程会在内部指针上调用 delete。这个对 shared_ptr 引用计数操作所需的内存排序有一个非常好的解释，以保证删除将在同步内存上调用。

我不明白的是：

如果一个shared_ptr被拷贝构造函数初始化，是不是保证它将为空或有效 shared_ptr?

我正在查看 shared_ptr 复制构造函数的 MVCC 实现。我想我至少可以确定一种竞争条件。

template<class _Ty2>
    void _Copy_construct_from(const shared_ptr<_Ty2>& _Other)
    {   // implement shared_ptr's (converting) copy ctor
    if (_Other._Rep)
        {
        _Other._Rep->_Incref();
        }

    _Ptr = _Other._Ptr;
    _Rep = _Other._Rep;
    }

实施检查控制块是否有效，然后增加其引用计数，并复制分配内部字段。

假设 _Other 属于另一个线程，然后是调用复制构造函数的线程。如果在 if (_Other._Rep) 和 _Other._Rep->_Incref(); 行之间，此线程调用恰好删除控制块和指针的析构函数，则 _Other._Rep->_Incref() 将取消引用已删除的指针。

进一步说明

这是一个代码，说明了我正在谈论的极端情况。我将调整 share_ptr 复制构造函数实现来模拟上下文切换：

template<class _Ty2>
    void _Copy_construct_from(const shared_ptr<_Ty2>& _Other)
    {   // implement shared_ptr's (converting) copy ctor
    if (_Other._Rep)
        {
        // now lets put here a really long loop or sleep to simulate a context switch
        int count = 0;
        for (int i = 0; i < 99999999; ++i)
        {           
            for (int j = 0; j < 99999999; ++j)
            {
              count++;
           }
        }

        // by the time we get here, the owning thread may already destroy the  shared_ptr that was passed to this constructor
        _Other._Rep->_Incref();
        }

    _Ptr = _Other._Ptr;
    _Rep = _Other._Rep;
    }

这是一个可能会显示问题的代码：

int main()
{
    {
        std::shared_ptr<int> sh1 = std::make_shared<int>(123);
        auto lambda = [&]()
        {
            auto sh2 = sh1;
            std::cout << sh2.use_count(); // this prints garbage, -572662306 in my case
        };

        std::thread t1(lambda);
        t1.detach();
        // main thread destroys the shared_ptr
        // background thread probably did not yet finished executing the copy constructor
    }



    Sleep(10000);

}

Answer 1

如果shared_ptr使用得当，你描述的事情就永远不会发生。

被复制的 shared_ptr 在被传递给复制构造函数之前增加了引用计数，并且在复制构造函数退出之前它不能被破坏，因为它是构造函数。

因此，另一个线程不会销毁正在共享的对象。如果 _Other.Rep 不为空，则 _Other.Rep 的引用计数在进入复制构造函数时将始终至少为 1。

更新：您的用例有问题。 lambda 捕获了一个 reference 到主线程的 shared_ptr 实例，但是线程不会复制那个 shared_ptr 直到它已经超出范围并且被 main 摧毁。您的线程有一个 悬空引用 导致您的代码具有 未定义的行为 。这不是 shared_ptr 实现的错误。您的 lambda 需要通过值而不是 通过引用 来捕获 shared_ptr ，因此它的引用计数会在线程运行之前立即递增创建，而不是在线程启动时运行.

Answer 2

对 shared_ptr 个对象共享的状态的操作是线程安全的； shared_ptr 本身不是线程安全的。您不能同时从不同的线程操作同一个 shared_ptr 对象；尝试这样做是一场数据竞赛，因此是 UB。

因此，如果 lambda 在将指针发送到另一个线程之前复制指针，那么您的代码会很好。

还应注意，无论 shared_ptr 如何编写，您的具体示例 永远不会 工作。类型可能是 atomic<int> 并且它仍然会损坏。您为 lambda 提供了一个对象的引用，该对象在 lambda 开始执行复制操作之前可能不存在。

再多的内部线程安全也救不了你。将对堆栈变量的引用传递给另一个线程应该始终被视为代码异味。

std::shared_ptr 复制构造函数线程安全

std::shared_ptr copy constructor thread safety

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