下面的多线程堆栈中是否需要延迟删除对象？

Question

C++ Concurrency in Action的代码清单 7.3 中的以下代码：

template<typename T> 
class lock_free_stack { 
private:
    struct node { 
        std::shared_ptr<T> data; 
        node* next; 
        node(T const& data_): data(std::make_shared<T>(data_)) {} 
    }; 
    std::atomic<node*> head;

public:
    void push(T const& data) { 
        node* const new_node = new node(data); 
        new_node->next = head.load(); 
        while(!head.compare_exchange_weak(new_node->next, new_node)); 
    } 
    std::shared_ptr<T> pop() { 
        node* old_head = head.load(); 
        while(old_head 
            && !head.compare_exchange_weak(old_head, old_head->next)); 
        
        auto res = old_head ? old_head->data : std::shared_ptr<T>();
        if (old_head)
            delete old_head;
        return res;
    }
};

唯一的修改是我在检索数据后立即删除了old_head。作者 Anthony Williams 在第 7.2.2 小节（第 214 页）中说，当多个线程同时调用 pop 时，此时删除 old_head 是不安全的。我想知道为什么会这样。

在我看来，while 循环while(old_head && !head.compare_exchange_weak(old_head, old_head->next)); 确保不会有两个线程在while 循环之后old_head 指向同一个节点。换句话说，如果线程 A 和线程 B 都完成了 while 循环，则线程 A 中的 old_head 必须指向与线程 B 中的 old_head 所指向的节点不同的节点。如果线程 A 和线程 B 中的 old_heads 都指向同一个节点，则至少其中一个仍位于 while 循环之前的点。

假设线程 B 首先完成了 while 循环，而线程 A 仍然在 while 循环之前。假设线程 B 在线程 A 继续之前删除了节点。问题变成了这是否会导致线程 A 的未定义行为。在 while 循环的第一次迭代中，由于线程 B，线程 A 中的old_head 被删除，head 指向与old_head 不同的位置。因此，head.compare_exchange_weak(old_head, old_head->next) 会将head 加载到old_head 并返回false。因为old_next->next现在还没有使用，所以不会有任何问题。我使用以下代码验证这一点

struct Node {
    int v;
    Node* next;
};


int main() {
    std::atomic head = new Node();
    auto old_node = head.load();
    old_node->next = new Node();
    head.exchange(old_node->next);
    delete old_node;
    std::cout << bool(old_node) << '\n';    // print 1
    head.compare_exchange_weak(old_node, old_node->next);
    std::cout << old_node->v << '\n';       // print 0
}

在我看来，在检索到数据后立即删除old_head没有问题，因为即使另一个线程中有一个指针指向已删除的内存，只要我们不取消引用它仍然是安全的那个指针。我是对的，还是我误解了什么？

Answer 1

删除old_head 的风险是第二个（或第三个，或...）线程仍可能处于等待更新head 的while 循环中。第一个线程可以删除old_head就在另一个线程读取old_head->next 作为对compare_exchange_weak 的调用的一部分。