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Rust 同步原语

Rust 作为一种现代化的系统编程语言,提供了丰富的同步原语来处理并发编程中的各种问题。本章将详细介绍 Rust 中的主要同步原语,包括互斥锁、条件变量、原子类型、读写锁等。

互斥锁 (Mutex)

互斥锁是一种最基本的同步原语,用于控制对共享资源的访问。Rust 标准库中的 std::sync::Mutex 类型可以用来实现这一功能。

创建 Mutex

创建一个互斥锁需要使用 Mutex<T> 类型,其中 T 是你需要保护的数据类型。例如:

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使用 Mutex

获取互斥锁需要调用 lock() 方法,该方法会返回一个互斥锁的守护者(Guard),这个守护者提供了对数据的访问权限。如果当前有其他线程已经持有互斥锁,则 lock() 方法将会阻塞,直到该互斥锁被释放。

锁的超时和尝试获取

为了防止程序因等待互斥锁而永久阻塞,Rust 提供了 try_lock() 方法,它会立即返回一个结果,而不是阻塞。此外,还可以使用带有超时限制的锁操作:

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条件变量 (Condvar)

条件变量通常与互斥锁一起使用,用于更精细地控制线程之间的协作。

创建 Condvar

在 Rust 中,条件变量是通过 std::sync::Condvar 实现的。通常与互斥锁一起使用:

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使用 Condvar

条件变量主要提供两种操作:wait()notify_*()wait() 方法会在条件不满足时阻塞当前线程,而 notify_*() 方法则用于唤醒等待的线程。

原子类型 (Atomic)

原子类型允许在多线程环境中安全地进行读取和修改操作,而无需使用互斥锁或其他同步原语。

创建 Atomic 类型

Rust 标准库提供了多种原子类型,如 AtomicBool, AtomicUsize 等。这些类型可以直接从 std::sync::atomic 模块中导入:

使用 Ordering 控制内存顺序

Ordering 枚举定义了不同的内存顺序模型,以确保跨线程操作的一致性和安全性。常见的 Ordering 包括 SeqCst, Acquire, Release 等。

原子比较并交换

compare_and_swap 方法可以用来实现原子性的比较和交换操作:

读写锁 (RwLock)

读写锁允许多个读线程同时访问共享资源,但写线程独占资源。这种机制可以提高并发度。

创建 RwLock

使用 std::sync::RwLock 类型来创建读写锁:

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使用 RwLock

读锁通过 read() 方法获取,写锁通过 write() 方法获取。读锁可以在多个线程中同时持有,而写锁则独占资源。

以上就是 Rust 中的一些基本同步原语。通过合理地使用这些工具,你可以有效地管理并发程序中的资源访问,从而构建出高效且安全的系统。

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