Rust那些事之并發Send與Sync

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

在marker.rs中是通過auto trait來實現。

pubunsafeautotraitSync{}

auto trait又稱為opt-in, built-in trait (OIBIT)。這是一種不穩定的特性，每個類型都會自動實現一個特征，除非它們選擇退出或包含一個不實現該特征的類型。

換言之，opt-in對應還有個opt-out，可以通過!(negative trait impl)語法來實現。

例如：下面代碼中第一行表示類型Wrapper實現了Send，但是卻沒實現Sync。

unsafeimplSendforWrapper{}
unsafeimpl!SyncforWrapper{}

本節將會重點講解Send、Sync相關的并發知識。

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實現為例：

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

impl!IsCoolforString{}

structMyStruct;
structHasAString(String);

fncheck_cool(_:C){}

調用：

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

這里給了一個簡單的例子，展示了auto trait的用法，當沒有實現(通過!)auto trait時，編譯器會在編譯階段報：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，會存在所有權轉移、數據共享。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, 引用計數)的源碼可以看到這里使用了negative trait，并沒有實現Send與Sync，因此通過Rc包裹的對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，會出什么問題呢？

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

t.join().unwrap();
}

報錯：

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

與之對應，Arc(Atomic Reference Counted, 原子引用計數)，可以看一下源碼實現：

unsafeimplSendforArc{}
unsafeimplSyncforArc{}

Send與Sync都實現了。

Send可以實現在多線程間安全傳遞所有權，Sync可以線程安全的共享數據(例如：引用)。

此外，官方文檔：當且僅當類型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，那么底層數據變無法進行數據共享了。

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，沒有實現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，實現了用戶友好的接口，通過new即可將類型傳遞進去。

Arc::new(Foo{}))

在Go中使用Mutex，張這個樣子：

vmap[string]int
muxsync.Mutex

可以看到rust一行便可以知道保護的是哪個數據。Mutex是用來保護共享變量，所以這個變量類型T我們猜測可以是安全的，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會去實現Send與Sync，要求的類型T一定是具有所有權(實現Send)，但是并不要求數據是否是安全的(沒實現Sync)。

同理：RwLock是讀寫鎖，需要滿足并發讀，因此要求T必須實現Sync。

unsafeimplSendforRwLock{}
unsafeimplSyncforRwLock{}

小知識

前面講解了raw pointer并不是線程安全的，那么如何實現線程安全呢？

其實也比較簡單：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