前文中咱們聊了Rust如何管理線程以及如何利用Rust中的鎖進行編程。今天咱們繼續學習併發編程，web
原子類型
許多編程語言都會提供原子類型，Rust也不例外，在前文中咱們聊了Rust中鎖的使用，有了鎖，就要當心死鎖的問題，Rust雖然聲稱是安全併發，可是仍然沒法幫助咱們解決死鎖的問題。原子類型就是編程語言爲咱們提供的無鎖併發編程的最佳手段。熟悉Java的同窗應該知道，Java的編譯器並不能保證代碼的執行順序，編譯器會對咱們的代碼的執行順序進行優化，這一操做成爲指令重排。而Rust的多線程內存模型不會進行指令重排，它能夠保證指令的執行順序。編程
一般來說原子類型會提供如下操做：安全
Load：從原子類型讀取值微信
Store：爲一個原子類型寫入值多線程
CAS（Compare-And-Swap）：比較並交換併發
Swap：交換異步
Fetch-add（sub/and/or）：表示一系列的原子的加減或邏輯運算編程語言
Ok，這些基礎的概念聊完之後，咱們就來看看Rust爲咱們提供了哪些原子類型。Rust的原子類型定義在標準庫std::sync::atomic中，目前它提供了12種原子類型。編輯器
下面這段代碼是Rust演示瞭如何用原子類型實現一個自旋鎖。函數
use std::sync::Arc;
use std::sync::atomic::{AtomicUsize, Ordering};
use std::thread;
fn main() {
let spinlock = Arc::new(AtomicUsize::new(1));
let spinlock_clone = spinlock.clone();
let thread = thread::spawn(move|| {
spinlock_clone.store(0, Ordering::SeqCst);
});
while spinlock.load(Ordering::SeqCst) != 0 {}
if let Err(panic) = thread.join() {
println!("Thread had an error: {:?}", panic);
}
}
咱們利用AtomicUsize的store方法將它的值設置爲0，而後用load方法獲取到它的值，若是不是0，則程序一直空轉。在store和load方法中，咱們都用到了一個參數：Ordering::SeqCst，在聲明中能看出來它也是屬於atomic包。
咱們在文檔中發現它是一個枚舉。其定義爲
pub enum Ordering {
Relaxed,
Release,
Acquire,
AcqRel,
SeqCst,
}
它的做用是將內存順序的控制權交給開發者，咱們能夠本身定義底層的內存排序。下面咱們一塊兒來看一下這5種排序分別表明什麼意思
Relaxed：表示「沒有順序」，也就是開發者不會干預線程順序，線程只進行原子操做
Release：對於使用Release的store操做，在它以前全部使用Acquire的load操做都是可見的
Acquire：對於使用Acquire的load操做，在它以前的全部使用Release的store操做也都是可見的
AcqRel：它表明讀時使用Acquire順序的load操做，寫時使用Release順序的store操做
SeqCst：使用了SeqCst的原子操做都必須先存儲，再加載。
通常狀況下建議使用SeqCst，而不推薦使用Relaxed。
線程間通訊
Go語言文檔中有這樣一句話：不要使用共享內存來通訊，應該使用通訊實現共享內存。
Rust標準庫選擇了CSP併發模型，也就是依賴channel來進行線程間的通訊。它的定義是在標準庫std::sync::mpsc中，裏面定義了三種類型的CSP進程：
Sender：發送異步消息
SyncSender：發送同步消息
Receiver：用於接收消息
咱們經過一個栗子來看一下channel是如何建立並收發消息的。
use std::thread;
use std::sync::mpsc;
fn main() {
let (tx, rx) = mpsc::channel();
thread::spawn(move || {
let val = String::from("hi");
tx.send(val).unwrap();
});
let received = rx.recv().unwrap();
println!("Got: {}", received);
}
首先，咱們先是使用了channel()函數來建立一個channel，它會返回一個（Sender, Receiver）元組。它的緩衝區是無界的。此外，咱們還可使用sync_channel()來建立channel，它返回的則是（SyncSender, Receiver）元組，這樣的channel發送消息是同步的，而且能夠設置緩衝區大小。
接着，在子線程中，咱們定義了一個字符串變量，並使用send()函數向channel中發送消息。這裏send返回的是一個Result類型，因此使用unwrap來傳播錯誤。
在main函數最後，咱們又用recv()函數來接收消息。
這裏須要注意的是，send()函數會轉移全部權，因此，若是你在發送消息以後再使用val變量時，程序就會報錯。
如今咱們已經掌握了使用Channel進行線程間通訊的方法了，這裏還有一段代碼，感興趣的同窗能夠本身執行一下這段代碼看是否可以順利執行。若是不能，應該怎麼修改這段代碼呢？
use std::thread;
use std::sync::mpsc;
fn main() {
let (tx, rx) = mpsc::channel();
for i in 0..5 {
let tx = tx.clone();
thread::spawn(move || {
tx.send(i).unwrap();
});
}
for rx in rx.iter() {
println!("{:?}", j);
}
}
線程池
在實際工做中，若是每次都要建立新的線程，每次建立、銷燬線程的開銷就會變得很是可觀，甚至會成爲系統性能的瓶頸。對於這種問題，咱們一般使用線程池來解決。
Rust的標準庫中沒有現成的線程池給咱們使用，不過仍是有一些第三方庫來支持的。這裏我使用的是threadpool（https://crates.io/crates/threadpool）。
首先須要在Cargo.toml中增長依賴threadpool = "1.7.1"。而後就可使用use threadpool::ThreadPool;將ThreadPool引入咱們的程序中了。
use threadpool::ThreadPool;
use std::sync::mpsc::channel;
fn main() {
let n_workers = 4;
let n_jobs = 8;
let pool = ThreadPool::new(n_workers);
let (tx, rx) = channel();
for _ in 0..n_jobs {
let tx = tx.clone();
pool.execute(move|| {
tx.send(1).expect("channel will be there waiting for the pool");
});
}
assert_eq!(rx.iter().take(n_jobs).fold(0, |a, b| a + b), 8);
}
這裏咱們使用ThreadPool::new()來建立一個線程池，初始化4個工做線程。使用時用execute()方法就能夠拿出一個線程來進行具體的工做。
總結
今天咱們介紹了Rust併發編程的三種特性：原子類型、線程間通訊和線程池的使用。
原子類型是咱們進行無鎖併發的重要手段，線程間通訊和線程池也都是工做中所必須使用的。固然併發編程的知識遠不止於此，你們有興趣的能夠自行學習也能夠與我交流討論。
本文分享自微信公衆號 - 代碼潔癖患者（Jackeyzhe2018）。
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