【Rust 基础篇】Rust 多线程：并发编程的艺术

繁依Fanyi

发布于 2023-10-12 10:56:39

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发布于 2023-10-12 10:56:39

导言

多线程是现代计算机编程中的重要概念，它允许程序同时执行多个任务，充分利用多核处理器的性能优势。在 Rust 中，多线程编程也得到了很好的支持，通过标准库提供的 std::thread 模块可以方便地创建和管理线程。本篇博客将详细介绍 Rust 中多线程的使用方法，包含代码示例和对定义的详细解释。

Rust 中的多线程

Rust 中的多线程通过 std::thread 模块来实现，它提供了创建和管理线程的功能。Rust 的多线程模型采用了“共享状态，可变状态”（Shared State, Mutable State）的方式，这意味着多个线程可以访问同一个数据，但需要通过锁（Lock）来保证数据的安全性。

创建线程

在 Rust 中，我们可以使用 std::thread::spawn 函数来创建一个新的线程。下面是一个简单的例子：

use std::thread;

fn main() {
    let handle = thread::spawn(|| {
        println!("Hello from the new thread!");
    });

    handle.join().unwrap();
}

在上述示例中，我们调用 thread::spawn 函数创建了一个新的线程，并在该线程中打印一条信息。注意，thread::spawn 函数接受一个闭包作为参数，闭包中的代码会在新线程中执行。

线程间通信

在多线程编程中，线程间通信是一个重要的问题。在 Rust 中，我们可以使用 std::sync 模块提供的同步原语来实现线程间的安全通信。常见的同步原语包括 Mutex（互斥锁）和 Arc（原子引用计数）等。

下面是一个使用 Mutex 实现线程安全计数的例子：

use std::sync::{Arc, Mutex};
use std::thread;

fn main() {
    let counter = Arc::new(Mutex::new(0));
    let mut handles = vec![];

    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);
    }

    for handle in handles {
        handle.join().unwrap();
    }

    println!("Result: {}", *counter.lock().unwrap());
}

在上述示例中，我们创建了一个 Mutex 来包装计数器变量 counter，以实现线程安全的计数。在每个线程中，我们通过 counter.lock().unwrap() 获取 Mutex 的锁，然后通过 *num += 1 修改计数器的值。在修改完成后，锁会自动释放。

Join 等待线程结束

在 Rust 中，可以使用 thread::join 方法来等待线程结束。join 方法会阻塞当前线程，直到被调用的线程结束。如果线程在结束时返回一个结果，可以使用 Result 来接收它。

下面是一个等待多个线程结束的例子：

use std::thread;

fn main() {
    let mut handles = vec![];

    for i in 0..5 {
        let handle = thread::spawn(move || {
            println!("Thread {} is running", i);
        });
        handles.push(handle);
    }

    for handle in handles {
        handle.join().unwrap();
    }

    println!("All threads have finished");
}

在上述示例中，我们创建了5个线程，并使用 join 方法等待它们全部结束。由于使用了 move 关键字，每个线程都拥有了一个独立的 i，从而避免了闭包内引用外部变量的问题。