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Rust线程构建安全并发应用

article 2024/11/1 5:46:13

并发功能支持程序同时执行多个任务。在Rust中线程用于实现并发执行，然而并发性也带来线程安全和数据竞争的挑战。在这篇博文中，我们将探索Rust中的线程和线程安全，从基础到更高级的技术，以帮助你安全地构建并发应用程序。

理解Rust线程

Rust中的线程能够并发地执行代码，使任务能够独立运行，并且可能并行运行。Rust的标准库提供了一个std::thread模块来处理线程。让我们从一个基本的例子开始：

use std::thread;

fn main() {
    let handle = thread::spawn(|| {
        // Code executed in the new thread
        println!("Hello from the thread!");
    });

    // Code executed in the main thread
    println!("Hello from the main thread!");

    // Wait for the spawned thread to finish
    handle.join().expect("Thread panicked");
}

在本例中，使用thread::spawn生成一个新线程，闭包中的代码与主线程并发执行。我们使用join来等待派生线程在主线程退出之前完成。

Mutex互斥锁

在并发应用程序中，线程安全对于防止数据竞争和确保正确的程序行为至关重要。Rust提供了像Mutex这样的同步原语来安全地处理共享的可变数据。这里有一个例子：

use std::sync::Mutex;
use std::thread;

fn main() {
    let counter = Mutex::new(0);

    let handles: Vec<_> = (0..10)
        .map(|_| {
            let counter = counter.clone();
            thread::spawn(move || {
                let mut value = counter.lock().unwrap();
                *value += 1;
            })
        })
        .collect();

    for handle in handles {
        handle.join().expect("Thread panicked");
    }

    println!("Counter: {:?}", *counter.lock().unwrap());
}

在本例中，我们使用互斥锁来保护多个线程共享的计数器变量。每个线程通过获取互斥锁、修改互斥锁的值和释放锁来增加计数器。这里无需显示释放互斥锁，当离开作用域时会自动释放。

Atomic原子变量

虽然Mutex为共享可变数据提供了出色的线程安全性，但在某些情况下需要无锁的并发访问。Rust的标准库包含原子类型，如AtomicBool、AtomicUsize等，用于此目的。下面是一个使用AtomicUsize的例子：

use std::sync::Arc;
use std::sync::atomic::{AtomicUsize, Ordering};
use std::thread;

fn main() {
    let counter = Arc::new(AtomicUsize::new(0));

    let handles: Vec<_> = (0..10)
        .map(|_| {
            let counter = Arc::clone(&counter);
            thread::spawn(move || {
                counter.fetch_add(1, Ordering::SeqCst);
            })
        })
        .collect();

    for handle in handles {
        handle.join().expect("Thread panicked");
    }

    println!("Counter: {}", counter.load(Ordering::SeqCst));
}