可能出现的内存问题
- 内存泄漏：
- 在多线程环境下，当一个线程分配了内存，但由于异常、线程提前结束等原因没有释放该内存，就会导致内存泄漏。例如，在一个网络请求处理线程中分配了一块用于存储响应数据的内存，如果在处理过程中线程因未捕获的异常退出，而没有释放这块内存，就会造成内存泄漏。
- 悬空指针：
- 当一个线程释放了内存，而其他线程仍然持有指向该内存的指针时，就会产生悬空指针。比如，一个线程负责管理对象的生命周期并释放了对象的内存，而另一个线程中还保存着指向该对象的指针，此时该指针就成为了悬空指针，后续对该指针的解引用操作会导致未定义行为。
智能指针结合同步机制解决问题
- 使用 std::unique_ptr：
- 特点：
std::unique_ptr 拥有对对象的唯一所有权，当 std::unique_ptr 离开作用域时，会自动释放所指向的对象。
- 结合同步机制：在多线程环境下，如果需要传递
std::unique_ptr，可以使用线程安全的队列（如 std::queue 配合互斥锁 std::mutex 实现线程安全）。例如：
#include <iostream>
#include <memory>
#include <queue>
#include <mutex>
#include <thread>
std::queue<std::unique_ptr<int>> dataQueue;
std::mutex queueMutex;
void producer() {
std::unique_ptr<int> data(new int(42));
std::lock_guard<std::mutex> lock(queueMutex);
dataQueue.push(std::move(data));
}
void consumer() {
std::unique_lock<std::mutex> lock(queueMutex);
if (!dataQueue.empty()) {
std::unique_ptr<int> data = std::move(dataQueue.front());
dataQueue.pop();
lock.unlock();
std::cout << "Consumed: " << *data << std::endl;
}
}
int main() {
std::thread t1(producer);
std::thread t2(consumer);
t1.join();
t2.join();
return 0;
}
- 使用 std::shared_ptr：
- 特点：
std::shared_ptr 允许多个指针指向同一个对象，通过引用计数来管理对象的生命周期。当引用计数为 0 时，对象自动被释放。
- 结合同步机制：虽然
std::shared_ptr 本身的引用计数操作是线程安全的，但在多个线程同时访问和修改 std::shared_ptr 指向的对象时，仍需要同步机制。例如，在多个线程中同时修改 std::shared_ptr 指向的共享数据：
#include <iostream>
#include <memory>
#include <mutex>
#include <thread>
std::shared_ptr<int> sharedData;
std::mutex dataMutex;
void modifyData() {
std::unique_lock<std::mutex> lock(dataMutex);
if (!sharedData) {
sharedData.reset(new int(0));
}
(*sharedData)++;
std::cout << "Modified data: " << *sharedData << std::endl;
}
int main() {
std::thread t1(modifyData);
std::thread t2(modifyData);
t1.join();
t2.join();
return 0;
}
不同智能指针在多线程环境下的性能表现和适用场景
- std::unique_ptr：
- 性能表现：
std::unique_ptr 没有引用计数的开销，内存和性能开销较小。在所有权明确转移且不需要共享对象的场景下，性能优势明显。
- 适用场景：适用于对象的所有权在不同线程间转移的场景，如任务队列中传递任务对象。它保证了对象在任何时刻只有一个所有者，避免了共享资源的竞争问题。
- std::shared_ptr：
- 性能表现：由于引用计数操作存在一定的开销，在多线程环境下，引用计数的原子操作会带来额外的性能消耗。但在对象需要被多个线程共享访问的场景下，它提供了一种方便的内存管理方式。
- 适用场景：适用于多个线程需要共享访问同一个对象的场景，如共享的配置数据、全局资源等。通过引用计数自动管理对象的生命周期，减少了手动管理内存的复杂性。
