跟我学C++中级篇—std::shared_ptr的线程安全性分析
一、变量的线程安全性
开发者经常遇到的一个问题就是，在多线程操作资源特别是变量时，会不会导致变量的失控。只要学习过多线程开发的，往往一开始就是写同个线程来同时操作一个变量，然后打印这个变量，会发现，这个变量时而变化几次，时而不会变化，让初学者感到非常困惑。
其实在后来掌握了多线程开发后，对这种现象也就明白了。但明白了，不代表换个马甲还明白，这就是很多开发者面临的问题。比如智能指针中的std::shared_ptr是不是线程安全的？为什么？能不能阐述一下。然后，估计不少同学就卡売了。
二、std::shared_ptr的线程安全性
如果非要给一个定论，std::shared_ptr并不是线程安全的。但是为什么很多开发者经常看到或听到说“std::shared_ptr是线程安全的”这个结论呢？其实有很多是无意的情况下，把一个std::shared_ptr的个别内容给简化说明然后以讹传讹了。
std::shared_ptr可以从三个角度来看它的线程安全性：
- std::shared_ptr的引用计数器
在std::shared_ptr中，引用计数器是原子操作，其当然是线程安全的。这也是为什么说“std::shared_ptr是线程安全的”一个重要的来原 - std::shared_ptr的赋值
如果需要给一个std::shared_ptr指针赋值或者它们之间互相赋值，std::shared_ptr就不是线程安全的了。此时需要使用同步机制进行控制 - std::shared_ptr操作的对象
如果想在多线程中操作std::shared_ptr指向的对象，如果这个对象本身没有锁或原子操作的话，同样也需要线程间的同步机制来保证线程操作的安全
通过上面的分析说明，就可以从整体了明白std::shared_ptr在线程安全方面到底哪些是安全的。而不是简单的回答是与否。
三、具体的分析
std::shared_ptr主要解决的共享指针操作相同对象时，引用数量的安全性。它重点是保护这个引用计数器是否是安全的。这才是其设计的主要目的，在C++标准中是这样描述的“The shared_ptr objects have the thread safety guarantees of a std::atomic<> for the control block, but not for the shared_ptr object itself.”。这也印证了刚刚的说明，std::shared_ptr的设计目的是为解决多线程操作同一个std::shared_ptr对象，而不能对这个线程对象改来改去。
可以把std::shared_ptr的应用分成三块即处理多线程引用的计数器、std::shared_ptr对象本身和std::shared_ptr指向的数据块。它就可以映射到上面的三个角度看问题。一定要分清楚，std::shared_ptr设计上只是满足了第一块。而对后面两部分并没有提供线程安全的机制，即不保证其线程安全性。
如果想安全的使用std::shared_ptr，最好的方法是使用C++20中的新标准std::atomic(std::shared_ptr)(在原来的实验库中有过一个atomic_shared_ptr)。但对于不少的开发者来说，可能这个标准有点高。否则的话，就只能回到传统的同步机制来保证shared_ptr的多线程环境下的安全性（在某些情况下可以借助一下std::weak_ptr，通过多写几行代码来判断）。
通过分析，就可以明白，在多线程中操作同一std::shared_ptr,要传递拷贝而非引用（引用计数器是安全的），除了这种情况下对std::shared_ptr的操作，一般都需要使用同步机制。
四、例程
下面给出一个简单的对比例程，让大家更容易问题的所在：
#include<memory>#include<thread>#include<iostream>#include<mutex>#include<vector>std::shared_ptr<int>spInit=std::make_shared<int>(100);std::mutex mtx;// 安全 ：多线程直接传递，操作引用计数器voidsafeDemoUsed(){std::shared_ptr<int>local_sp=spInit;}//不安全：智能指针对象本身重新赋值需要同步机制voidunsafeDemoReUsed(){spInit=std::make_shared<int>(0);}//不安全：操作智能指针指向的对象需要同步voidunsafeDemoUsedData(){//std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx);*spInit=0;}// 安全 ：C++20使用atomic操作#include<atomic>std::atomic<std::shared_ptr<int>>asp=std::make_shared<int>(121);voidsafeDemoAtomic(){autooldSp=asp.load();autonewSp=std::make_shared<int>(111);asp.store(newSp);}intmain(){//可参考下面的代码调用其它函数即可std::vector<std::thread>threads;for(inti=0;i<3;++i){threads.emplace_back(safeDemoUsed);}for(auto&th:threads){th.join();}return0;}请自行完善线程相关处理的并发问题，上面代码只是一个原型
注意：C++20标准的使用
五、总结
std::shared_ptr作为应用非常广泛的智能指针，用起来确实方便，但其中也隐藏着一些细节上的雷区。特别在多线程应用中，一定要搞清楚其线程安全性的范围，不能想当然的进行相关的操作。要在应用中区分对指针本身还是对资源的操作。而在对指针本身的操作中，又要分清是对引用计数器操作还是对象本身的操作。只有在明白这些区别后，才能有针对性的采用的应对的方法。与诸君共勉。