1. 概述
"不要用共享的内存来通信,要用通信来共享内存"。实际上,在上节中我们就是使用通信的方式来实现并发的,在本节我们要使用共享内存的方式来实现并发。
rust支持通过共享状态来实现并发。channel类似于单所有权,一旦将值的所有权转移至channel,就无法使用它了。而共享内存的并发方式类似多所有权,多个线程可以同时访问一块内存。
在rust里使用Mutex
来每次只允许一个线程来访问数据,是mutual exclusion
(互斥锁)的简写。在同一时刻,Mutex只允许一个线程来访问某些数据。想要访问数据,线程必须首先获取互斥锁(lock)。lock
数据结构是mutex的一部分,它能跟踪谁对数据拥有独占访问权。mutex通常被描述为:通过锁定系统来保护它所持有的数据。
2. Mutext的两条规则
- 在使用数据之前,必须尝试获取锁(lock)。
- 使用完mutex所保护的数据,必须对数据进行解锁,以便其他线程可以获取锁。
3. Mutex的API
通过Mutex::new(数据)
来创建Mutex<T>
,Mutex<T>
是一个智能指针,在访问数据之前,通过lock
方法来获取锁。这个方法会阻塞当前线程的执行,返回的是MutexGuard
(智能指针,实现了Deref和Drop),但lock
方法可能会失败。
如下示例代码:
rust
use std::sync::Mutex;
fn main() {
let m = Mutex::new(5);
{
// 获取数据的可变引用
let mut num = m.lock().unwrap();
// 变更数据
*num = 6;
}
// 由于MutexGuard实现了 Drop trait,当作用域走完,m被自动解锁
println("m = {"?"}", m);
}
4. 多线程共享Mutex
在rust里使用Arc<T>
来进行原子引用计数,Arc<T>
和Rc<T>
类似,它可以用于并发场景。A是atomic的简称,即原子的。这时候你可以有一个问题,为什么所有的基础类型都不是原子的,为什么标准库类型不默认使用Arc<T>
?因为需要付出性能代价。Arc<T>
和Rc<T>
的API是相同的。
如下示例代码:
rust
use std::rc::Rc;
use std::sync::{Arc, Mutex};
use std::thread;
fn main() {
// 创建一个数据
let counter = Arc::new(Mutex::new(0));
let mut handles = vec![];
// 创建10个线程去修改数据,再把返回的10个JoinHandle放到handles中
for _ in 0..10 {
let counter = Arc::clone(&counter);
let handle = thread::spawn(move || {
let mut num = counter.lock().unwrap();
*num += 1;
});
handles.push(handle);
}
// 等待所有线程运行完成
for handle in handles {
handle.join().unwrap();
}
println!("Result: {}", *counter.lock().unwrap());
}
最终运行结果为10
。
5. RefCell/Rc和Mutex/Arc
Mutext<T>
提供了内部可变性,和Cell
家族一样。我们可以使用RefCell<T>
改变Rc<T>
里面的内容,同样可以使用Mutex<T>
来改变Arc<T>
里面的内容。
但要注意的是,使用Rc<T>
可能会造成循环引用,造成内存泄漏的风险;而使用Mutex<T>
也有死锁的风险。所谓的死锁,就是当某个操作需要同时锁住两个资源,两个线程分别持有其中一个锁,并相互请求另外一个锁的时候,这两个线程就会陷入无穷无尽的等待。