面试题：Rust原子加载与存储操作在不同内存模型下的表现差异

1. 不同内存模型下原子加载与存储操作的行为差异

SeqCst（顺序一致性）：
- 原子加载：保证所有线程对原子变量的加载操作都以全局一致的顺序执行。这意味着所有线程看到的原子变量的修改顺序是相同的，就好像所有的原子操作都在一个单线程环境中按顺序执行一样。
- 原子存储：同样保证所有线程看到的存储操作顺序是一致的。这种模型提供了最强的内存一致性保证，但性能开销也相对较大，因为它需要在所有线程间维持严格的顺序。
Acquire：
- 原子加载：当一个线程以 Acquire 语义加载一个原子变量时，它保证在此加载操作之前，所有该线程对内存的读操作都已完成。即加载操作建立了一个“获取屏障”，在此之后的内存访问不会被重排到获取操作之前。但其他线程对内存的修改顺序对本线程来说不一定是全局一致的。
- 原子存储：以 Acquire 语义存储原子变量时，对存储操作本身没有特别的顺序限制（与普通存储类似），但结合加载操作时，有助于实现线程间的同步，确保加载线程能看到之前存储线程的相关修改。
Release：
- 原子加载：与普通加载类似，没有额外的顺序限制。
- 原子存储：当一个线程以 Release 语义存储一个原子变量时，它保证在此存储操作之后，所有该线程对内存的写操作都已完成。即存储操作建立了一个“释放屏障”，在此之前的内存访问不会被重排到释放操作之后。其他线程以 Acquire 语义加载这个原子变量时，就能看到这个释放操作之前的所有写操作的结果。

2. 实际应用场景中的选择依据

SeqCst：
- 适用场景：当需要严格的全局顺序一致性，确保所有线程对原子变量的修改和读取顺序完全一致时使用。例如在实现全局资源的锁机制，或者一些对数据一致性要求极高的分布式系统场景中。
- 缺点：由于其严格的顺序保证，会带来较高的性能开销，因为需要在多个线程间同步内存操作顺序。
Acquire/Release：
- 适用场景：适用于大多数需要线程间同步，但对全局顺序一致性要求不高的场景。比如生产者 - 消费者模型，生产者线程以 Release 语义存储数据，消费者线程以 Acquire 语义加载数据，这样能保证消费者线程能看到生产者线程生产的数据，同时又避免了像 SeqCst 那样的高开销。
- 优点：相对 SeqCst 有更好的性能，因为它只在需要同步的线程间保证特定的内存顺序，而不是全局所有线程间都维持严格顺序。

3. 特定场景及内存模型选择示例

场景：实现一个简单的线程安全的计数器。多个线程会对计数器进行增加操作，同时有一个主线程会定期读取计数器的值。

使用 Acquire/Release 内存模型：

use std::sync::atomic::{AtomicUsize, Ordering};

fn main() {
    let counter = AtomicUsize::new(0);

    let mut handles = vec![];
    for _ in 0..10 {
        let counter_clone = counter.clone();
        let handle = std::thread::spawn(move || {
            for _ in 0..100 {
                counter_clone.fetch_add(1, Ordering::Release);
            }
        });
        handles.push(handle);
    }

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

    let value = counter.load(Ordering::Acquire);
    println!("Final counter value: {}", value);
}

在这个例子中，工作线程使用 Ordering::Release 进行原子增加操作，主线程使用 Ordering::Acquire 进行原子加载操作。这样，主线程能正确读取到工作线程增加后的计数器值，同时避免了使用 SeqCst 带来的过高性能开销。如果使用 SeqCst，虽然也能正确实现功能，但在多线程频繁操作计数器时，性能会有所下降。

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面试题：Rust原子加载与存储操作在不同内存模型下的表现差异

知识考点

面试题答案

1. 不同内存模型下原子加载与存储操作的行为差异

2. 实际应用场景中的选择依据

3. 特定场景及内存模型选择示例