Rust那些事之并發(fā)Send與Sync

Send與Sync在Rust中屬于marker trait，代碼位于marker.rs，在標(biāo)記模塊中還有Copy、Unpin等trait。

在marker.rs中是通過auto trait來實(shí)現(xiàn)。

pubunsafeautotraitSync{}

auto trait又稱為opt-in, built-in trait (OIBIT)。這是一種不穩(wěn)定的特性，每個(gè)類型都會(huì)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)一個(gè)特征，除非它們選擇退出或包含一個(gè)不實(shí)現(xiàn)該特征的類型。

換言之，opt-in對(duì)應(yīng)還有個(gè)opt-out，可以通過!(negative trait impl)語法來實(shí)現(xiàn)。

例如：下面代碼中第一行表示類型Wrapper實(shí)現(xiàn)了Send，但是卻沒實(shí)現(xiàn)Sync。

unsafeimplSendforWrapper{}
unsafeimpl!SyncforWrapper{}

本節(jié)將會(huì)重點(diǎn)講解Send、Sync相關(guān)的并發(fā)知識(shí)。

1.auto trait

可以通過安裝nightly版使用feature特性。

rustuptoolchaininstallnightly

下面以自定義auto trait實(shí)現(xiàn)為例：

#![feature(negative_impls)]
#![feature(auto_traits)]
autotraitIsCool{}

impl!IsCoolforString{}

structMyStruct;
structHasAString(String);

fncheck_cool(_:C){}

調(diào)用：

check_cool(42);
check_cool(false);
check_cool(MyStruct);
#thetrait`IsCool`isnotimplementedfor`std::String`
check_cool(String::new());

這里給了一個(gè)簡(jiǎn)單的例子，展示了auto trait的用法，當(dāng)沒有實(shí)現(xiàn)(通過!)auto trait時(shí)，編譯器會(huì)在編譯階段報(bào)：the trait XXX is not implemented for YYY。

2.Send與Sync

Send含義：跨線程move，ownership。Sync含義：跨線程share data，borrow。

通常在我們編譯多線程代碼時(shí)，會(huì)存在所有權(quán)轉(zhuǎn)移、數(shù)據(jù)共享。那么問題來了，Rc與原生指針是否可以在多線程使用呢？

我們打開Rc(Reference Counting, 引用計(jì)數(shù))的源碼可以看到這里使用了negative trait，并沒有實(shí)現(xiàn)Send與Sync，因此通過Rc包裹的對(duì)象并不是線程安全的，只能用在單線程中。

impl!marker::SendforRc{}
impl!marker::SyncforRc{}

如果我們將它用在多線程中，會(huì)出什么問題呢？

fnmain(){
letval=std::new(5);
lett=std::spawn(move||{
println!("thisisathreadval:{}",val);
});

t.join().unwrap();
}

報(bào)錯(cuò)：

error[E0277]:`Rc`cannotbesentbetweenthreadssafely
...
thetrait`Send`isnotimplementedfor`Rc`
...

與之對(duì)應(yīng)，Arc(Atomic Reference Counted, 原子引用計(jì)數(shù))，可以看一下源碼實(shí)現(xiàn)：

unsafeimplSendforArc{}
unsafeimplSyncforArc{}

Send與Sync都實(shí)現(xiàn)了。

Send可以實(shí)現(xiàn)在多線程間安全傳遞所有權(quán)，Sync可以線程安全的共享數(shù)據(jù)(例如：引用)。

此外，官方文檔：當(dāng)且僅當(dāng)類型T的引用&T是Send，T是Sync。

大概意思就是如果引用都無法在多線程之前傳遞，那么底層數(shù)據(jù)變無法進(jìn)行數(shù)據(jù)共享了。

marker.rs中還有段比較重要的代碼，表示原生指針不是線程安全的，沒有實(shí)現(xiàn)Send、Sync trait。

impl!Sendfor*constT{}
impl!Sendfor*mutT{}
impl!Syncfor*constT{}
impl!Syncfor*mutT{}

Mutex與RwLock

Mutex與RwLock相比于其他語言來說，實(shí)現(xiàn)了用戶友好的接口，通過new即可將類型傳遞進(jìn)去。

Arc::new(Foo{}))

在Go中使用Mutex，張這個(gè)樣子：

vmap[string]int
muxsync.Mutex

可以看到rust一行便可以知道保護(hù)的是哪個(gè)數(shù)據(jù)。Mutex是用來保護(hù)共享變量，所以這個(gè)變量類型T我們猜測(cè)可以是安全的，也可以是不安全的，所以Sync是不被要求的，因此我們看源碼：

unsafeimplSendforMutex{}
unsafeimplSyncforMutex{}

Mutex會(huì)去實(shí)現(xiàn)Send與Sync，要求的類型T一定是具有所有權(quán)(實(shí)現(xiàn)Send)，但是并不要求數(shù)據(jù)是否是安全的(沒實(shí)現(xiàn)Sync)。

同理：RwLock是讀寫鎖，需要滿足并發(fā)讀，因此要求T必須實(shí)現(xiàn)Sync。

unsafeimplSendforRwLock{}
unsafeimplSyncforRwLock{}

小知識(shí)

前面講解了raw pointer并不是線程安全的，那么如何實(shí)現(xiàn)線程安全呢？

其實(shí)也比較簡(jiǎn)單：可以通過如下多種方法：

自定義類型

將raw pointer包裹起來即可。

structWrapper(*muti32);
unsafeimplSendforWrapper{}
unsafeimplSyncforWrapper{}

Box

使用智能指針Box。

Box::new(my_num)

審核編輯：劉清