无畏并发

Rust 的所有权系统以及类型安全系统是一系列解决内存安全以及并发问题的强有力工具。通过所有权以及类型检查,大多数错误发生在编译期,而非运行时错误。本章主要涉及以下内容:

  • 如何创建线程并行运行多段代码

  • 消息传递(Message passing) 并发,其中channel用于在线程间传递信息

  • 共享状态(state sharing)并发,其中多个线程可以访问同一片数据

  • Sync以及Send trait,允许Rust并发扩展到标准库以及自定义类型中

1. Rust 线程定义

大部分现代操作系统中,执行程序的代码运行于一个进程中,或者有多个线程独立运行。使用多个线程可以改善性能,但会增加复杂性,导致问题:

  • 竞争状态

  • 死锁

  • 只会发生在特定情况且难以稳定重现和修复的 bug

编程语言具有不同的方法实现线程,很多操作系统提供了创建线程的API,由编程语言调用操作系统API创建线程的模型,语言线程与系统线程是1:1 的。很多编程语言提供了自己特殊的线程实现。编程语言提供的线程被称为 绿色green)线程,使用绿色线程的语言会在不同数量的 OS 线程的上下文中执行它们。为此,绿色线程模式被称为 M:N 模型:M 个绿色线程对应 N 个 OS 线程,这里 MN 不必相同。

每一个模型都有其取舍。运行时代表了二进制文件中,由语言自身提供的代码,任何非汇编语言都有一定的运行时代码。更小的运行时拥有更少的功能不过其优势在于更小的二进制输出,这使其易于在更多上下文中与其他语言相结合。虽然很多语言觉得增加运行时来换取更多功能没有什么问题,但是 Rust 需要做到几乎没有运行时,同时为了保持高性能必需能够调用 C 语言,这点也是不能妥协的。Rust,标准库中提供了1:1模型,有其他crate提供M:N模型。

2. 线程与move闭包

move闭包,可以强制闭包获取其所使用的环境值的所有权,配合thread::spawn使用,可以在闭包传递给新线程的同时将数据移动到新线程。

为了在新建线程中使用主线程数据,需要新建线程的闭包获取数据所有权:

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