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手写muduo网络库（零）：多线程中使用 weakptr 跨线程监听生命状态

news 2025/6/7 10:27:18

在着手手写 muduo 网络库时，多线程编程中的对象生命周期管理是绕不开的关键技术点。std::weak_ptr作为 C++ 标准库的重要工具，能帮助我们在多线程环境下优雅、安全地监听对象生命状态，为网络库的稳定性和可靠性奠定基础。接下来，我们深入探讨这一前置知识，并结合实际场景，为手写 muduo 网络库做好技术储备。

一、核心概念解析

1.1 std::shared_ptr与std::weak_ptr的协作机制

在 muduo 网络库中，会存在大量需要多线程共享访问的对象，如连接管理对象、事件循环对象等。std::shared_ptr通过引用计数管理对象生命周期，在共享这些对象时，引用计数随着新std::shared_ptr的创建而增加，随着std::shared_ptr的销毁而减少，引用计数为 0 时对象自动销毁，为对象共享提供了基础保障。

std::weak_ptr则是对std::shared_ptr所管理对象的弱引用，不影响对象生命周期，却能检查对象是否存在。在手写 muduo 时，std::weak_ptr可用于在多个线程交互场景下，安全判断对象是否存活。比如，当一个线程负责处理网络连接，另一个线程可能对连接对象进行销毁操作，std::weak_ptr就能避免处理线程访问已销毁的连接对象。

1.2 线程安全特性

std::shared_ptr和std::weak_ptr的引用计数操作具备线程安全性，这对于多线程的 muduo 网络库来说，保证了对象生命周期管理在多线程环境下的正确性。但要注意，对象本身的读写操作并非线程安全，在手写 muduo 时，我们需要借助互斥锁等同步机制，来确保对象访问的线程安全，防止出现数据竞争问题。

二、实现步骤与代码示例

#include <iostream>
#include <memory>
#include <thread>
#include <chrono>
#include <mutex>class Monitorable {
public:Monitorable() { std::cout << "Monitorable created" << std::endl; }~Monitorable() { std::cout << "Monitorable destroyed" << std::endl; }void doWork() {std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx_);std::cout << "Working..." << std::endl;}private:std::mutex mtx_;
};void workerThread(std::weak_ptr<Monitorable> weakObj) {// 模拟耗时操作std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(1));// 尝试锁定弱引用，检查对象是否存活if (auto sharedObj = weakObj.lock()) {// 对象存活，可以安全使用sharedObj->doWork();} else {// 对象已销毁std::cout << "Object expired, skipping work" << std::endl;}
}int main() {{auto sharedObj = std::make_shared<Monitorable>();std::thread t(workerThread, sharedObj);t.detach(); // 分离线程，让它在后台运行// 主线程作用域结束前，sharedObj可能被销毁} // sharedObj在此处被销毁// 主线程继续执行其他任务std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(2));return 0;
}

线程函数参数传递：在workerThread 函数中，使用std::weak_ptr 作为参数接收对象引用。这样做的好处是，std::weak_ptr 不会增加对象的引用计数，从而不会影响对象的正常生命周期管理。即使主线程中std::shared_ptr 被销毁，workerThread 中的std::weak_ptr 仍能用于检查对象状态。

对象状态检查方式：在workerThread 函数中，通过调用weakObj.lock() 尝试获取对象的 std::shared_ptr 。如果对象仍然存在，lock() 会返回一个有效的 std::shared_ptr ，此时可以安全地访问对象的成员函数；如果对象已被销毁，lock() 则返回 nullptr ，从而避免了悬空指针的风险。