智能指针的线程安全问题不能一概而论,关键在于使用场景和具体操作。c++标准库中的 std::shared_ptr 在引用计数的增减上是线程安全的,但并不意味着所有操作都线程安全。
引用计数本身是线程安全的
标准要求 std::shared_ptr 的引用计数操作必须是原子的。多个线程同时拷贝或销毁 shared_ptr 实例时,引用计数的增加和减少是安全的,不会导致内存泄漏或提前释放。
例如:
- 线程 A 拷贝一个 shared_ptr 到局部变量,引用计数 +1
- 线程 B 销毁一个 shared_ptr,引用计数 -1
- 这些操作底层通过原子操作实现,不会破坏引用计数一致性
共享对象的访问不是线程安全的
虽然引用计数安全,但多个线程通过 shared_ptr 访问所指向的对象内容时,仍然需要额外同步。
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比如:
两个线程同时通过 shared_ptr 修改同一个对象的成员变量,这属于数据竞争,必须用互斥锁(mutex)或其他同步机制保护。
多个 shared_ptr 操作同一对象时的风险
以下情况容易出问题:
- 两个线程分别持有指向同一对象的 shared_ptr 和 weak_ptr,同时检查和使用,可能引发竞态
- 多个线程频繁拷贝、赋值 shared_ptr 变量(尤其是全局或共享的 shared_ptr 对象),虽然引用计数安全,但 shared_ptr 本身的赋值操作不是原子的
例如,两个线程同时对同一个 shared_ptr 全局变量进行赋值:
std::shared_ptr
线程1:global_ptr = std::make_shared
线程2:global_ptr = other_ptr;
这会导致数据竞争,因为 shared_ptr 的赋值操作涉及指针和引用计数的更新,不是原子操作。必须用互斥锁保护 shared_ptr 变量本身的读写。
weak_ptr 的使用注意事项
std::weak_ptr::lock() 操作是线程安全的——它原子地尝试增加引用计数。但如果多个线程同时调用 lock() 并使用返回的 shared_ptr,后续对对象的访问仍需同步。
基本上就这些。总结:引用计数操作安全,shared_ptr 指向对象的访问不安全,shared_ptr 变量本身的读写也不自动安全。多线程下使用,要区分“指针拷贝”、“对象访问”、“变量共享”三种场景,按需加锁。