GCC 原子 shared_ptr 实现答案

【问题标题】：GCC atomic shared_ptr implementationGCC 原子 shared_ptr 实现
【发布时间】：2016-05-12 22:12:45
【问题描述】：

根据https://gcc.gnu.org/bugzilla/show_bug.cgi?id=57250，GCC 4.9 支持原子shared_ptr 操作。

使用 GCC 4.9.2，我能够编译一个使用原子 shared_ptr 的程序。 -mcx16 标志是必需的，因为 x86_64 上的 GCC 实现显然需要 cmpxchg16b，这是有道理的，因为我假设 shared_ptr 上的原子操作将需要原子更新指针本身和引用计数同一时间。

但是，当我尝试实际使用原子shared_ptr 库时，它的行为并不符合我的预期。所以，要么我没有正确使用它，要么 GCC 实现有缺陷。大多数时候，我有 99% 的把握认为自己做错了，但由于这是一个相对较新的功能，而且这种行为看起来很奇怪，所以我只有 50% 的把握认为这是我的错案例。

这是一个简单的程序，它创建一个原子shared_ptr，然后在 shared_ptr 上执行一系列并发读写：

void test()
{
        std::atomic<std::shared_ptr<int>> p(std::shared_ptr<int>(new int(10)));

        std::cout << "Use count : " << p.load().use_count() << std::endl;
        std::cout << "Initial value of p : " << *(p.load()) << std::endl;

        std::vector<std::thread> threads;
        const std::size_t num_threads = 8;

        for (std::size_t i = 0; i != num_threads; ++i)
        {
                threads.emplace_back([&p, i](){

                        std::shared_ptr<int> x = p.load();
                        while (!p.compare_exchange_weak(
                                x,
                                std::shared_ptr<int>(new int(i + 5))
                        )) ;
                });
        }

        for (auto& t : threads) t.join();

        std::cout << "Use count : " << p.load().use_count() << std::endl;
        std::cout << "Final value of p : " << *(p.load()) << std::endl;
}

当我编译运行时，输出是：

~$ g++ test2.cpp -o test2 -std=c++11 -lpthread -mcx16
~$ ./test2
Use count : 1
Initial value of p : 0
Use count : 0
Final value of p : 0

但是这个输出对我来说毫无意义。首先，在将原子shared_ptr 初始化为值10 后，当我加载它并读取初始值（在任何线程产生之前）时，我得到一个0。其次，在所有线程加入后，该值仍然是0，即使没有线程可能将其设置为0。最奇怪的是，线程加入后，shared_ptr 的use_count() 是0！然而原子shared_ptr 对象仍在范围内，因此使用计数应该是1。

我很确定 GCC 实现在这里存在缺陷，但根据我上面发布的链接，GCC 4.9 有一个完整的原子 shared_ptr 实现，并且...

~$ gcc --version
~$ gcc (Debian 4.9.2-10) 4.9.2

那么...这里到底发生了什么？我想得到某种确认，即此处的 GCC 4.9.2 实现存在缺陷或不完整，或者我对如何使用 atomic shared_ptr 完全错误/困惑。

【问题讨论】：

我不确定，但似乎可能是后者？在 std::atomic 页面的参考页面上，它没有提到 shared_ptr 的特化：en.cppreference.com/w/cpp/atomic/atomic。实际上，当我尝试编译您的代码时，我触发了一个静态断言：错误：静态断言失败：std::atomic 需要一个可简单复制的类型。所以看起来这是不正确的用法，并且在旧的编译器版本中代码没有针对它进行强化，导致一些奇怪的行为。
这是一个针对 GCC 4.9 的错误报告，已在 5 中修复。
您是否将 atomic 与 lock-free 混淆了？
"需要同时原子更新指针本身和引用计数" 通常，修改一个shared_ptr 涉及两个引用计数和一个ptr。而且它们处于不同的内存分配中。

标签： c++ multithreading gcc shared-ptr stdatomic

【解决方案1】：

“原子shared_ptr操作”是指shared_ptr的免费std::atomic_(store|load|exchange|compare_exchange_strong|compare_exchange_weak)(_explicit)?函数模板，记录在here。 GCC 直到 5 才拥有它们。（有趣的事实：它的实现实际上使用了一个由 16 个互斥锁组成的全局数组。）

在std::shared_ptr 上实例化std::atomic 会导致未定义的行为，因为std::atomic 需要一个可简单复制的类型。

并发TS有std::experimental::atomic_shared_ptr。

【讨论】：