面试题：Rust静态变量与常量、线程本地存储的深度辨析

1. 区别与联系

内存分配

静态变量：在程序启动时分配内存，其生命周期贯穿整个程序运行期间。例如：

static MY_STATIC: i32 = 42;

常量：在编译时求值并内联到使用它的地方，不单独占据内存空间。例如：

const MY_CONST: i32 = 42;

线程本地存储（thread_local!）：每个线程都有自己独立的实例，在每个线程首次访问时分配内存。例如：

thread_local! {
    static MY_TLS: i32 = 0;
}

作用域

静态变量：作用域通常是整个crate（包），除非使用pub(crate)等修饰符限制其可见性范围。
常量：作用域同样取决于其定义位置，在整个crate内可见，如果pub修饰，在外部crate也可见。
线程本地存储：作用域是单个线程，在不同线程中访问同一个thread_local!声明的变量，实际访问的是不同的实例。

可见性

静态变量：默认情况下，静态变量在其定义所在的模块及其子模块中可见。可以使用pub关键字使其在整个crate内可见。
常量：与静态变量类似，默认在定义模块及其子模块可见，pub可使其在整个crate甚至外部crate可见。
线程本地存储：仅在声明它的线程及其子线程中可见。

线程安全性

静态变量：如果是可变的（static mut），访问时需要使用unsafe代码，因为它不是线程安全的，多个线程同时读写会导致数据竞争。不可变的静态变量是线程安全的，因为它们是只读的。
常量：由于在编译时求值且只读，所以天生线程安全。
线程本地存储：每个线程都有自己的实例，因此不存在线程间的数据竞争问题，是线程安全的。

2. 应用场景选择

静态变量

当需要在整个程序生命周期中共享一个全局数据，并且该数据不需要被每个线程独立维护时，使用静态变量。例如，程序中可能有一个全局配置对象：

static CONFIG: Config = Config::new();

struct Config {
    // 配置项
}

impl Config {
    fn new() -> Self {
        Config { 
            // 初始化配置项
        }
    }
}

常量

当数据在编译时就确定，并且在程序的多个地方需要使用相同的值时，使用常量。例如，数学计算中的常量：

const PI: f64 = 3.141592653589793;

fn calculate_circle_area(radius: f64) -> f64 {
    PI * radius * radius
}

线程本地存储

当每个线程需要有自己独立的数据副本时，使用线程本地存储。例如，每个线程需要维护自己的日志记录器：

thread_local! {
    static LOGGER: Logger = Logger::new();
}

struct Logger {
    // 日志记录相关属性
}

impl Logger {
    fn new() -> Self {
        Logger { 
            // 初始化日志记录器
        }
    }

    fn log(&self, message: &str) {
        // 记录日志的逻辑
    }
}

fn thread_function() {
    LOGGER.with(|logger| {
        logger.log("This is a log message from a thread.");
    });
}

通过上述分析和示例，可以根据具体需求选择合适的变量类型。

星途面试题库

面试题：Rust静态变量与常量、线程本地存储的深度辨析

知识考点

面试题答案

1. 区别与联系

内存分配

作用域

可见性

线程安全性

2. 应用场景选择

静态变量

常量

线程本地存储