特殊条件下std::map<int, std::atomic<T>>是否线程安全？

通常情况下，多线程并发访问同一个std::map实例是线程不安全的。请问在同时满足以下两个特殊条件时，对该std::map的并发访问是否可以保证线程安全：

• std::map实例完成初始化流程后，不再执行任何元素插入、删除操作，map的内部结构保持固定不变；
• std::map存储的value类型为std::atomic<T>。

满足上述两个条件时，对该std::map的并发访问是线程安全的，依据如下：

1. 从C++标准库的容器线程安全规则来看：只要不存在修改容器本身内部结构的操作（包括插入、删除元素、触发内部重排/重平衡的操作等），多线程并发对容器执行只读访问（包括find查找、遍历已有节点、读取已有元素的key等）不存在数据竞争，属于标准定义的安全行为。第一个条件已经完全排除了容器结构修改的可能，所有调用的find方法都只是遍历map固定的红黑树结构、定位目标节点，全程不会修改容器的任何内部状态，不会触发容器层面的并发冲突。
2. 对节点value的并发访问安全性由std::atomic保证：std::atomic<T>类型的读写操作本身是原子的，默认内存顺序即可避免多线程下读写value产生的数据竞争，不会出现未定义行为。第二个条件刚好覆盖了value层面的并发访问场景，不存在对非原子变量的并发写/读写冲突。

使用-fsanitize=thread选项编译对应测试代码时，ThreadSanitizer（业内通用的线程数据竞争检测工具）未检测到任何线程安全问题，也验证了该场景的安全性。

#include<atomic>
#include<thread>
#include<map>
#include<vector>
#include<iostream>
#include<chrono>

class Demo{
public:
Demo()
{
    mp_.insert(std::make_pair(1, true));
    mp_.insert(std::make_pair(2, true));
    mp_.insert(std::make_pair(3, true));
}

int Get(const int& integer, bool& flag)
{
    const auto itr = mp_.find(integer);
    if( itr == mp_.end())
    {
        return -1;
    }
    else
    {
        flag = itr->second;
        return 0;
    }
}
int Set(const int& integer, const bool& flag)
{
    const auto itr = mp_.find(integer);
    if( itr == mp_.end())
    {
        return -1;
    }
    else
    {
        itr->second = flag;
        return 0;
    }
}

private:
std::map<int, std::atomic<bool>> mp_;
};

int main()
{
    Demo demo;

    std::vector<std::thread> vec;

    vec.push_back(std::thread([&demo](){
        while(true)
        {
            for(int i=0; i<9; i++)
            {
                bool cur_flag = false;
                if(demo.Get(i, cur_flag) == 0)
                {
                    demo.Set(i, !cur_flag);
                }
                std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(1000));
            }
        }
    }));

    vec.push_back(std::thread([&demo](){
        while(true)
        {
            for(int i=0; i<9; i++)
            {
                bool cur_flag = false;
                if(demo.Get(i, cur_flag)==0)
                {
                    std::cout << "(" << i << "," << cur_flag <<")" << std::endl;
                }
                std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(10));
            }
        }
    })
    );

    for(auto& thread:vec)
    {
        thread.join();
    }
}

内容的提问来源于stack exchange，提问作者John