使用 Sync
和 Send
trait 的可扩展并发
有趣的是,Rust 语言的并发特性非常少。到目前为止,我们在本章中讨论的几乎所有并发特性都是标准库的一部分,而不是语言本身。您处理并发的选项不限于语言或标准库;您可以编写自己的并发特性,也可以使用其他人编写的并发特性。
然而,语言中嵌入了两个并发概念:std::marker
trait Sync
和 Send
。
允许使用 Send
在线程之间转移所有权
Send
标记 trait 表明,实现了 Send
trait 的类型的值的所有权可以在线程之间转移。几乎所有的 Rust 类型都是 Send
,但也有一些例外,包括 Rc<T>
:它不能是 Send
,因为如果您克隆了一个 Rc<T>
值并尝试将克隆的所有权转移到另一个线程,则两个线程可能会同时更新引用计数。因此,Rc<T>
被实现为在单线程情况下使用,在这些情况下,您不想付出线程安全的性能代价。
因此,Rust 的类型系统和 trait 约束确保您永远不会意外地在线程之间不安全地发送 Rc<T>
值。当我们在 Listing 16-14 中尝试这样做时,我们收到了错误 the trait Send is not implemented for Rc<Mutex<i32>>
。当我们切换到 Arc<T>
(它是 Send
)时,代码编译通过了。
任何完全由 Send
类型组成的类型也会自动标记为 Send
。几乎所有原始类型都是 Send
,除了原始指针,我们将在第 20 章中讨论。
允许使用 Sync
从多个线程访问
Sync
标记 trait 表明,实现 Sync
trait 的类型可以安全地从多个线程引用。换句话说,如果 &T
(对 T
的不可变引用)是 Send
,则任何类型 T
都是 Sync
,这意味着引用可以安全地发送到另一个线程。与 Send
类似,原始类型是 Sync
,完全由 Sync
类型组成的类型也是 Sync
。
智能指针 Rc<T>
也不是 Sync
,原因与它不是 Send
相同。RefCell<T>
类型(我们在第 15 章中讨论过)和相关的 Cell<T>
类型系列都不是 Sync
。RefCell<T>
在运行时执行的借用检查实现不是线程安全的。智能指针 Mutex<T>
是 Sync
,可以用于与多个线程共享访问,正如您在 “在多个线程之间共享 Mutex<T>
”部分 中看到的那样。
手动实现 Send
和 Sync
是不安全的
因为由 Send
和 Sync
trait 组成的类型也会自动成为 Send
和 Sync
,所以我们不必手动实现这些 trait。作为标记 trait,它们甚至没有任何方法需要实现。它们仅用于强制执行与并发相关的不变性。
手动实现这些 trait 涉及实现不安全的 Rust 代码。我们将在第 20 章中讨论使用不安全的 Rust 代码;目前,重要的信息是,构建不由 Send
和 Sync
部分组成的新并发类型需要仔细考虑以维护安全保证。“The Rustonomicon” 提供了有关这些保证以及如何维护它们的更多信息。
总结
这不是本书中您最后一次看到并发:下一整章都侧重于异步编程,第 21 章中的项目将在比此处讨论的较小示例更实际的情况下使用本章中的概念。
如前所述,由于 Rust 处理并发的方式很少是语言的一部分,因此许多并发解决方案都作为 crate 实现。这些 crate 的发展速度比标准库更快,因此请务必在线搜索最新的、最先进的 crate,以便在多线程情况下使用。
Rust 标准库提供了用于消息传递的通道和智能指针类型,例如 Mutex<T>
和 Arc<T>
,它们可以在并发环境中使用。类型系统和借用检查器确保使用这些解决方案的代码不会最终导致数据竞争或无效引用。一旦您的代码编译通过,您就可以确信它将在多个线程上愉快地运行,而不会出现其他语言中常见的难以追踪的错误。并发编程不再是一个可怕的概念:大胆前进,让您的程序并发起来,无所畏惧!