Rust?Atomics?and?Locks源碼分析

今天小編給大家分享一下Rust Atomics and Locks源碼分析的相關(guān)知識點(diǎn)，內(nèi)容詳細(xì)，邏輯清晰，相信大部分人都還太了解這方面的知識，所以分享這篇文章給大家參考一下，希望大家閱讀完這篇文章后有所收獲，下面我們一起來了解一下吧。

正文

在 Rust 中，原子性操作是指在多線程并發(fā)環(huán)境下對共享數(shù)據(jù)進(jìn)行操作時，保證操作的原子性，即不會出現(xiàn)數(shù)據(jù)競爭等問題。Rust 提供了原子類型和原子操作來支持多線程并發(fā)編程。

Rust 的原子類型包括 AtomicBool、AtomicIsize、AtomicUsize、AtomicPtr 等。這些類型的實(shí)現(xiàn)都使用了底層的原子操作指令，保證了它們的讀寫操作是原子的，不會被其他線程中斷。

在 Rust 中，原子操作由 std::sync::atomic 模塊提供。該模塊提供了一系列原子操作函數(shù)，包括：

• load：原子讀取一個原子類型的值。

• store：原子寫入一個原子類型的值。

• swap：原子交換一個原子類型的值。

• compare_and_swap：原子比較并交換一個原子類型的值。

• fetch_add、fetch_sub、fetch_and、fetch_or、fetch_xor 等：原子地對一個原子類型進(jìn)行加減、位運(yùn)算等操作。

需要注意的是，原子操作并不是萬能的，不能完全避免所有的數(shù)據(jù)競爭問題。例如，如果多個線程都對同一個原子類型進(jìn)行操作，就有可能出現(xiàn)ABA問題。為了避免這種問題，Rust 還提供了 std::sync::Arc、std::sync::Mutex、std::sync::RwLock 等同步原語，可以更好地保證線程安全。

總之，Rust 的原子類型和原子操作可以讓我們在多線程并發(fā)編程中更加安全和高效地操作共享數(shù)據(jù)。但需要注意，正確地使用原子類型和原子操作需要對并發(fā)編程有深刻的理解，并避免過度依賴原子操作來避免競態(tài)條件。

load 和 store

load 和 store 是原子類型的兩個基本操作函數(shù)。load 函數(shù)用于原子地讀取一個原子類型的值，而 store 函數(shù)用于原子地寫入一個原子類型的值。

下面是具體的代碼案例：

use std::sync::atomic::{AtomicI32, Ordering};
fn main() {
    // 創(chuàng)建一個原子整數(shù)類型，并設(shè)置初始值為 42
    let counter = AtomicI32::new(42);
    // 原子地讀取計數(shù)器的值
    let value = counter.load(Ordering::Relaxed);
    println!("counter value: {}", value);
    // 原子地將計數(shù)器的值增加 10
    counter.store(value + 10, Ordering::Relaxed);
    // 原子地讀取計數(shù)器的新值
    let new_value = counter.load(Ordering::Relaxed);
    println!("new counter value: {}", new_value);
}

在這個例子中，我們創(chuàng)建了一個原子整數(shù)類型 AtomicI32，并設(shè)置初始值為 42。接著，我們使用 load 函數(shù)原子地讀取了計數(shù)器的值，并使用 store 函數(shù)原子地將計數(shù)器的值增加 10。最后，我們又使用 load 函數(shù)原子地讀取了計數(shù)器的新值，并打印輸出。

需要注意的是，load 和 store 函數(shù)都需要指定一個 Ordering 參數(shù)。Ordering 參數(shù)用于指定原子操作的內(nèi)存順序，可以控制不同線程之間的操作順序，以及對其他共享變量的影響。具體來說，Ordering 參數(shù)有以下幾種取值：

• Relaxed：表示對內(nèi)存順序沒有任何要求。

• Acquire：表示讀取操作需要獲取鎖或同步，用于同步其他線程對內(nèi)存的修改。

• Release：表示寫入操作需要釋放鎖或同步，用于同步其他線程對內(nèi)存的讀取。

• AcqRel：表示既需要獲取鎖或同步，又需要釋放鎖或同步。

• SeqCst：表示需要嚴(yán)格按照順序執(zhí)行所有原子操作。

一般來說，使用 Relaxed 內(nèi)存順序可以獲得最好的性能，但可能會出現(xiàn)一些意想不到的行為。而使用 SeqCst 內(nèi)存順序可以獲得最嚴(yán)格的同步語義，但也會犧牲一些性能。具體使用哪種內(nèi)存順序需要根據(jù)具體情況進(jìn)行權(quán)衡。

使用 AtomicBool實(shí)現(xiàn)通知線程停止的案例

use std::sync::atomic::{AtomicBool, Ordering};
use std::sync::Arc;
use std::thread;
fn main() {
    // 創(chuàng)建一個原子布爾類型，并設(shè)置初始值為 false
    let running = Arc::new(AtomicBool::new(true));
    // 創(chuàng)建一個新線程，用于執(zhí)行耗時的操作
    let running_clone = Arc::clone(&running);
    let handle = thread::spawn(move || {
        loop {
            // 檢查是否需要停止運(yùn)行
            if !running_clone.load(Ordering::Relaxed) {
                break;
            }
            // 執(zhí)行耗時的操作
            println!("working...");
            // 模擬耗時操作
            thread::sleep(std::time::Duration::from_secs(1));
        }
    });
    // 等待一段時間后通知線程停止運(yùn)行
    thread::sleep(std::time::Duration::from_secs(5));
    running.store(false, Ordering::Relaxed);
    // 等待線程執(zhí)行完畢
    handle.join().unwrap();
}

在這個例子中，我們創(chuàng)建了一個原子布爾類型 AtomicBool，并設(shè)置初始值為 true。接著，我們創(chuàng)建了一個新線程，用于執(zhí)行耗時的操作。在循環(huán)中，我們首先檢查 running 變量的值，如果為 false，則退出循環(huán)，停止運(yùn)行。否則，我們執(zhí)行耗時的操作，并模擬一秒鐘的等待時間。

在主線程中，我們等待 5 秒鐘后，將 running 變量的值設(shè)為 false，通知線程停止運(yùn)行。最后，我們等待線程執(zhí)行完畢，并調(diào)用 join 方法等待線程結(jié)束。

需要注意的是，我們在設(shè)置 running 變量的值時使用了 Ordering::Relaxed，這意味著對 running 變量的修改不需要同步到其他線程中。在這個例子中，由于只有一個線程在修改 running 變量的值，因此使用 Relaxed 訂單是安全的。如果在實(shí)際代碼中需要更強(qiáng)的同步保證，應(yīng)該使用更高級別的 Ordering 訂單，例如 Ordering::Acquire 和 Ordering::Release。

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