面试题：Rust并发编程的内存安全与死锁避免

Rust保证内存安全的原因

所有权系统：Rust通过所有权系统确保每个内存地址在同一时间只有一个所有者。在多线程环境中，所有权系统防止不同线程同时访问和修改同一内存位置，避免数据竞争。例如，一个线程拥有某个数据结构的所有权，其他线程无法直接访问或修改，除非所有权被转移。
借用检查：借用规则限制了对数据的临时访问。借用分为可变借用和不可变借用，且同一时间只能存在一个可变借用或多个不可变借用。在多线程中，这确保了数据不会被多个线程同时修改，避免了内存不安全的读写操作。
类型系统：Rust的类型系统非常严格，确保在编译时就发现许多潜在的类型不匹配错误。在多线程场景下，类型的一致性有助于避免由于错误类型转换导致的内存安全问题。

死锁产生的原因

死锁通常发生在多个线程相互等待对方释放锁的情况下。例如，线程A持有锁L1并等待锁L2，而线程B持有锁L2并等待锁L1，这样两个线程就会永远阻塞，形成死锁。死锁的产生需要满足四个条件：

互斥：资源一次只能被一个线程使用。
占有并等待：线程持有至少一个资源，并等待获取其他线程持有的资源。
不可剥夺：资源不能被强制从线程手中夺走。
循环等待：线程之间形成一个循环的资源等待链。

避免死锁的方法

按顺序获取锁：在复杂的多线程程序中，所有线程按照相同的顺序获取锁。例如，有锁L1、L2和L3，所有线程都先获取L1，再获取L2，最后获取L3。这样可以打破循环等待条件，避免死锁。

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

fn main() {
    let lock1 = Arc::new(Mutex::new(0));
    let lock2 = Arc::new(Mutex::new(0));

    let lock1_clone = lock1.clone();
    let lock2_clone = lock2.clone();

    let thread1 = thread::spawn(move || {
        let _guard1 = lock1_clone.lock().unwrap();
        let _guard2 = lock2_clone.lock().unwrap();
        // 线程1的操作
    });

    let lock1_clone = lock1.clone();
    let lock2_clone = lock2.clone();

    let thread2 = thread::spawn(move || {
        let _guard1 = lock1_clone.lock().unwrap();
        let _guard2 = lock2_clone.lock().unwrap();
        // 线程2的操作
    });

    thread1.join().unwrap();
    thread2.join().unwrap();
}

使用锁层次：将锁组织成层次结构，线程在获取高层锁之前必须先获取所有低层锁。例如，将资源分为不同层次，线程必须按照层次顺序获取锁。
超时机制：使用try_lock方法，它尝试获取锁，如果锁不可用则立即返回Err。结合超时机制，线程在等待锁一定时间后放弃获取，从而避免无限期等待。

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

fn main() {
    let lock1 = Arc::new(Mutex::new(0));
    let lock2 = Arc::new(Mutex::new(0));

    let lock1_clone = lock1.clone();
    let lock2_clone = lock2.clone();

    let thread1 = thread::spawn(move || {
        if let Ok(_guard1) = lock1_clone.try_lock() {
            if let Ok(_guard2) = lock2_clone.try_lock_for(Duration::from_millis(100)) {
                // 线程1的操作
            }
        }
    });

    let lock1_clone = lock1.clone();
    let lock2_clone = lock2.clone();

    let thread2 = thread::spawn(move || {
        if let Ok(_guard1) = lock1_clone.try_lock() {
            if let Ok(_guard2) = lock2_clone.try_lock_for(Duration::from_millis(100)) {
                // 线程2的操作
            }
        }
    });

    thread1.join().unwrap();
    thread2.join().unwrap();
}

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