1. 概述
1.1 并发
- Concurrent(并发): 程序不同的部分之间独立执行
- Parallel(并行): 程序不同部分同时运行
Rust允许我们编写没有细微Bug的代码,并在不引入新bug的情况下易于重构。本文中的"并发"泛指concurrent和Parallel。
1.2 进程与线程
在大部分OS里,代码运行在进程(process)中,OS同时管理多个进程。
在你的程序里,各个独立的部分可以同时运行,运行这些独立的部分就是线程(thread)。由于多个线程是可以同时运行的,所以我们通常把程序的计算拆分为多个线程同时来运行。这样的好处在于提升程序的性能表现,但也增加了复杂性,无法保证各程序的执行顺序,因为我们无法保证各个线程之间的顺序。
1.3 多线程可导致的问题
- 竞争状态,线程以不一致的顺序访问数据或资源
- 死锁,两个线程彼此等待对方使用完持有的资源,导致线程无法继续
- 出现只在某些情况下发生的bug,而且很难可靠地复现和修复
1.4 实现线程的方式
第一种:通过调用OS的API来创建线程,这就是所谓的1:1模型,即一个操作的线程对应一个编程语言的线程,优点是需要较小的运行时。
第二种:编程语言实现自己的线程(绿色线程),这就是所谓的M:N模型,即M个绿色线程对应N个系统线程,但是需要比较大的运行时。
Rust标准库仅提供1:1的线程支持,但是由于rust拥有良好的底层抽象能力,所以在社区里也涌现出了很多M:N线程模型的第三方包。
2. 多线程的使用
2.1 使用spawn创建新线程
rust通过thread::spawn
函数可以创建新线程,参数为一个闭包,在新线程将运行闭包的代码。如下示例
rust
use std::thread::{self, Thread};
use std::time::Duration;
fn main() {
thread::spawn(||{
for i in 1..10 {
println!("hi number {} from the spawnd thread!", i);
thread::sleep(Duration::from_millis(1));
}
});
for i in 1..5 {
println!("hi number {} from the main thread!", i);
thread::sleep(Duration::from_millis(1));
}
}
我们将在程序中看到交替打印主线程和子线程的输出内容,不过当主线运行程结束后,整个程序运行结束。但实际上我们希望子线程能完整地执行所有逻辑。
2.2 通过join handle来等待所有线程完成
thread::spawn
函数的返回值类型是JoinHandle
,JoinHandle
持有值的所有权,通过调用其join
方法,可以等待对应的其他线程的完成。调用JoinHandle
的join
方法会阻止当前运行线程的执行,直到handle
所表示的这些线程结束。我们可以修改"2.1"中的代码如下,以保证子线程能完整地执行所有逻辑
rust
use std::thread::{self, Thread};
use std::time::Duration;
fn main() {
let handle = thread::spawn(||{
for i in 1..10 {
println!("hi number {} from the spawnd thread!", i);
thread::sleep(Duration::from_millis(1));
}
});
for i in 1..5 {
println!("hi number {} from the main thread!", i);
thread::sleep(Duration::from_millis(1));
}
handle.join().unwrap();
}
2.3 使用move闭包
move闭包通常和thread::spawn
函数一起使用,它允许你使用其他线程的数据。也就是说,在创建线程的时候,把值的所有权从一个线程转移到另一个线程。我们先来看一个错误的示例代码
rust
use std::thread;
fn main() {
let v = vec![1, 2, 3];
let handle = thread::spawn(|| {
println!("Here's a vector: {:?}", v);
});
drop(v);
handle.join().unwrap();
}
以上代码之所以会报错,是因为子线程借用了v,但是v的生命周期可能会比子线程短。所以rust不允许编译通过,此时我们只需要加上move
关键字转移v的所有权到子线程,但是加了move
关键字之后在主线程中不能再调用drop(v)
。如下示例代码
rust
use std::thread;
fn main() {
let v = vec![1, 2, 3];
let handle = thread::spawn(move || {
println!("Here's a vector: {:?}", v);
});
handle.join().unwrap();
}