面试题：Rust并行编程中Arc与Mutex的协同使用

Question

在Rust并行编程场景下，假设有多个线程需要访问并修改同一个数据结构，如何通过`Arc`和`Mutex`来实现线程安全的访问？请给出一个简单示例代码，并解释`Arc`和`Mutex`各自的作用。

Answer 1

示例代码

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

fn main() {
    // 创建一个包含整数的Arc<Mutex<i32>>
    let shared_data = Arc::new(Mutex::new(0));

    let mut handles = vec![];

    for _ in 0..10 {
        // 克隆Arc
        let data = Arc::clone(&shared_data);
        let handle = thread::spawn(move || {
            // 锁定Mutex以获取对数据的可变引用
            let mut num = data.lock().unwrap();
            *num += 1;
        });
        handles.push(handle);
    }

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

    // 打印最终结果
    println!("Final value: {}", *shared_data.lock().unwrap());
}

Arc的作用

Arc即原子引用计数（Atomic Reference Counting），它允许在多个线程间共享数据。Arc内部维护一个引用计数，每当Arc被克隆（通过clone方法）时，引用计数增加；当Arc离开作用域时，引用计数减少。当引用计数为0时，其所指向的数据被释放。Arc提供了一种线程安全的方式来共享数据，使得多个线程可以同时持有对同一个数据结构的引用。

Mutex的作用

Mutex即互斥锁（Mutual Exclusion），它用于保护共享数据，确保在同一时间只有一个线程可以访问该数据。通过调用lock方法来获取锁，如果锁已经被其他线程持有，调用线程会被阻塞，直到锁被释放。一旦获得锁，线程可以对受保护的数据进行修改，完成操作后，锁会自动释放（当lock返回的MutexGuard离开作用域时）。这样可以避免多个线程同时修改数据导致的数据竞争问题，从而实现线程安全。