VC11 中 std::shared_ptr 上的 atomic_load/atomic_store - 为什么是全局自旋锁？

Question

我试图准确了解如何使用原子操作安全地管理共享指针。原来 VC11 (Visual Studio 2012) 支持 C++11，因此可以允许 std::shared_ptr 上的读/写竞争。 我想检查我是否理解了基础知识，然后询问有关 VC11 中 std::shared_ptr 上原子操作的实现细节。

std::shared_ptr<A> x, y, z;
x = std::make_shared<A>(args1);
y = std::make_shared<A>(args2);

线程 1

std::shared_ptr<A> temp = std::atomic_load(y);

线程 2

std::atomic_store(&y, z);

如果没有原子，竞争可能会导致temp 最终处于损坏状态，或者线程 2 可能会删除原始 y 指向的 A 实例，就像线程 1 试图复制和添加 shared_ptr 一样，这会让它指向一个“僵尸”对象。

关于 VC11 中 atomic_load 和 atomic_store 的问题：

我注意到他们使用自旋锁对全局变量执行测试和设置。 所以我想知道：为什么不在 shared_ptr 本身的引用计数器的最高位上进行测试和设置呢？这样不同shared_ptr上的锁就不会相互竞争。没有这样做是有原因的吗？

编辑：atomic_is_lock_free 的 VS 实现。不足为奇，因为它对一切都使用自旋锁。仍然想知道为什么他们不能让它使用 shared_ptr-instance-specific 锁而不是全局锁。

template <class _Ty> inline
bool atomic_is_lock_free(const shared_ptr<_Ty> *)
{   // return true if atomic operations on shared_ptr<_Ty> are lock-free
    return (false);
}

Answer 1

您不能对 shared_ptr 的引用计数进行原子测试和设置，因为引用计数存储在 shared_ptr 的控制块中。当你开始尝试测试和设置时，另一个线程可能已经释放了最后一个 shared_ptr 引用并从你下面删除了控制块。

Thread 1                                  Thread 2
Read control block address

                                          Decrement ref count (now 0)
                                          Delete control block

Test-and-set ref count (undefined behaviour)

请记住，这里的前提是多个线程正在操作 same shared_ptr 实例。如果每个线程都有自己的实例（指向同一个受控对象），那么我们就没有问题，也不需要原子的 shared_ptr 操作。

Answer 2

修改引用计数的最高位需要将引用计数作为计数器处理的代码以忽略该最高位。也就是说，它会使最常见的使用速度变慢，以便在不太常见的情况下提供轻微的速度提升。