关于"栈"对象弱引用的线程安全问题

一、不归之路

在c++中，垂悬指针是个非常令人头疼的问题，当我们怡然自得地使用一个指针运筹帷幄的时候，突然指针指向的对象发生析构，而作为指针的使用者并不知情，从而造成严重错误，执行”读“操作时还好些，顶多读取的数据错误的，但要是执行”写“操作的话，很容易造成程序崩溃。和”数组越界“一样，编译器同样为”垂悬指针“开了绿灯，但是正常情况下，使用垂悬指针操作内存，基本上就相当于去和死人搭话，很容易“鬼缠身”，除非你有“通灵”的本事，对析构后的对象了如指掌。

二、能屈能伸

为了避免垂悬指针，一些比较强大的c++库，往往都会实现一个叫做”弱引用“（weak_ptr,weakReference等等）的东西来代替原指针使用，我们可以通过弱引用来判断当前指向的对象是否析构，从而防止垂悬指针。weak_ptr有两个作用，第一是配合shared_ptr解决互相引用死锁的问题（在 Juce源码分析（八）强引用与弱引用里面有介绍），第二就是避免垂悬指针产生错误的操作。

就boost里面的弱引用weak_ptr来说，它依赖shared_ptr，对于堆中创建的对象（使用new关键字创建的）我们可以轻松地使用weak_ptr的lock方法，来判断对象是否已经析构，并转化为强引用操作对象。boost的weak_ptr和shared_ptr设计的非常巧妙，既能实现强弱之间转换，还能保持线程安全，而Juce源码里面的WeakReference是非线程安全的，不能在多线程使用。

我们已经见识到了，shared_ptr的“强权”政策，在“栈”中运筹帷幄，在“堆”中称霸一方。然而它也有软的时候，为什么呢？shared_ptr固然有“宁死不屈”的特性，但是我们作为“造物者”，是可以改变它的，这时充当“演员”角色的shared_ptr只能哪里需要去哪里了。shared_ptr要出演的角色是什么呢？我们接着往下看！！

在堆中创建的对象，生死由我们程序设计者来控制，但是在"栈"中创建的对象，是由作用域来控制的，天时不如地利，因为编译器的所在，对于“栈”中的局部对象的析构我们“无力回天“，我们唯一期望的就是，能够准时收到这个局部对象的死讯。weak_ptr是依赖shared_ptr存在的，而正常情况下shared_ptr确不"受理"栈指针的业务，这时可能感觉现在这两个东西无能为力了。古人云：穷则变，变则通，为了“革命”需要，我们先把shared_ptr自身的deleter“阉割”掉，然后放它潜入类的内部去作“眼线”，这时被“免除职务”的shared_ptr唯一的工作就是通风报信了。

void UnDelete(void *)
{

};

class O
{
public:
O()
{
m_o.reset(this,&UnDelete);  //由于是栈中的对象，不能delete，所以要重新赋值一个空删除器
}

boost::weak_ptr<O> getWeakPtr()
{
return m_o;
}

void Go()
{
printf("o对象未被析构");
}

boost::shared_ptr<O> m_o;
};

int main(int argc, char** argv)
{
boost::weak_ptr<O> wo;

{
O o;
wo = o.getWeakPtr();

if (boost::shared_ptr<O> so = wo.lock())     //作用域内
{
so->Go();
}
}
if (boost::shared_ptr<O> so = wo.lock())   //作用域外
{
so->Go();
}
return 0;
}

三、阴阳锁
上面的代码，在单线程中使用，毫无问题，然而在多线程中使用问题又来了。当weak_ptr使用lock()转为shared_ptr时，可以清楚地知道对象的生死，但是在使用时就无法做到高枕无忧了，因为这时的shared_ptr已经放权了，门子不够硬，罩不住了，对象随时都有可能被其他线程的作用域kill掉，从而导致我们踩到“地雷”。这时笔者在Juce源码里面发现了一对“阴阳锁”，这个东西，对于熟悉Juce源码的朋友想必已经见过（哈哈，“阴阳锁”这个词是我自己根据中国传统文化”易学“，起的名字）

//阳锁
template <class LockType>
class GenericScopedLock
{
public:
inline explicit GenericScopedLock (const LockType& lock)  : lock_ (lock)     { lock.enter(); }
inline ~GenericScopedLock()                                                  { lock_.exit(); }
private:
const LockType& lock_;
};

//阴锁
template <class LockType>
class GenericScopedUnlock
{
public:
inline explicit GenericScopedUnlock (const LockType& lock)  : lock_ (lock)   { lock.exit(); }
inline ~GenericScopedUnlock()                                               { lock_.enter(); }
private:
const LockType& lock_;
};

阴阳锁，乃对象生死之锁。所谓阳锁者，生合死开也；阴锁者，生开死合是也。二者合一，生者锁魂，死者亦锁鬼。其中的“合”指的是加锁，“开“指的是解锁，通过这对阴阳锁，我们便可以变相地”控制“栈中对象的构造与析构，来完成我们想要实现的延迟构造与析构。

在此之前，必须知道的一点是，局部对象的析构顺序应该是逆向的，也就是说，最先定义的对象最后析构，而最后定义的对象最先析构。了解完这个，我们看以下代码

class O
{
public:
O(boost::shared_ptr<SpinLock>& _lock)
:lock(_lock)
{
m_o.reset(this,NoDelete);
}

boost::weak_ptr<O> getWeakPtr()
{
return boost::weak_ptr<O>(m_o,lock);
}

void Go()
{
printf("o对象未被析构");
}

boost::shared_ptr<SpinLock> lock;
boost::shared_ptr<O> m_o;
};

int main(int argc, char** argv)
{
boost::weak_ptr<O> wo;
{
boost::shared_ptr<SpinLock> lock= new SpinLock();
SpinLock::ScopedLockType p(*lock);   //阳锁
O o(lock);
SpinLock::ScopedUnlockType n(*lock);  //阴锁
wo = o.getWeakPtr();

wo.getLock().enter();
if (boost::shared_ptr<O> so = wo.lock())     //作用域内
{
so->Go();
}
wo.getLock().exit();
}

wo.getLock().enter();
if (boost::shared_ptr<O> so = wo.lock())   //作用域外
{
so->Go();
}
wo.getLock().exit();
return 0;
}

在创建对象之前，首先创建一个原子锁（或临界区，根据访问时的代码长短而定），然后保存其强引用；然后使用此引用创建阳锁，阳锁构造时自动加锁。加锁完成后，构造对象，通过被引用类的构造函数将锁引用传入类的成员。最后创建阴锁，阴锁构造，自动解锁。这就相当于，在构造前后分别加入了，enter()和exit()。好了，就这三步就可以了，当对象析构时，阴阳锁会自动锁住对象的析构，其原理是，阴锁最后定义，所以最先释放，于是会执行enter()加锁，然后对象本身析构，阳锁最先定义，所以最后析构，执行exit()解锁。这样，利用阴阳锁，我们不仅锁住了”生“，而且锁住了”死“。

为了能再使用时加锁，要在weak_ptr里加入一个Shared_ptr<SpinLock>锁引用成员，并重写一下构造函数，在构造时将保存在对象内的锁引用传入。然后，再给weak_ptr加入一个获取锁引用的方法，shared_ptr<SpinLock> getLock();返回锁引用即可。这样再使用弱引用时，如果对象发生构造和析构时，就会被锁住，从而达到了栈引用的线程安全的目的。

由于时间关系，这个方法还没有经过大规模测试，可能还有诸多问题，望广大的砖家朋友们前来拍砖。