面试题：C++ 智能指针与多线程环境下的内存安全性

std::shared_ptr在多线程读写时的问题

数据竞争：当多个线程同时读取或修改std::shared_ptr所指向的对象时，可能会发生数据竞争。例如，一个线程可能在读取对象的成员变量时，另一个线程正在修改该对象，这会导致未定义行为。
引用计数不一致：std::shared_ptr使用引用计数来管理对象的生命周期。在多线程环境下，如果多个线程同时修改引用计数，可能会导致引用计数不一致。例如，一个线程增加引用计数，而另一个线程同时减少引用计数，这可能导致对象在不应该被销毁时被销毁，或者对象被销毁后仍然有线程持有无效指针。

线程安全的内存管理方案

#include <memory>
#include <atomic>
#include <mutex>

template<typename T>
class ThreadSafeSharedPtr {
private:
    std::atomic<std::shared_ptr<T>> ptr;
    std::mutex mtx;

public:
    ThreadSafeSharedPtr() = default;

    ThreadSafeSharedPtr(const std::shared_ptr<T>& sp) : ptr(sp) {}

    std::shared_ptr<T> get() const {
        return ptr.load(std::memory_order_acquire);
    }

    void reset(const std::shared_ptr<T>& sp = std::shared_ptr<T>()) {
        std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx);
        ptr.store(sp, std::memory_order_release);
    }

    T& operator*() const {
        return *get();
    }

    T* operator->() const {
        return get().get();
    }
};

方案分析

优点：
- 内存安全：通过原子操作和互斥锁，确保了在多线程环境下std::shared_ptr的读写操作是线程安全的，避免了数据竞争和引用计数不一致的问题。
- 性能开销相对较小：原子操作通常比锁操作轻量级，对于读操作，使用原子加载操作，性能开销较小；对于写操作，虽然使用了互斥锁，但由于实际修改std::shared_ptr的操作相对不频繁，整体性能影响不大。
缺点：
- 资源开销：引入了原子变量和互斥锁，增加了内存开销。
- 死锁风险：如果在使用互斥锁时不小心，可能会引入死锁问题，尤其是在多个锁相互嵌套使用的复杂场景下。
- 性能瓶颈：在高并发写操作的场景下，互斥锁可能会成为性能瓶颈，因为每次写操作都需要获取锁，可能会导致线程等待。

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面试题：C++ 智能指针与多线程环境下的内存安全性

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std::shared_ptr在多线程读写时的问题

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