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面试题:Rust中如何使用释放和获取顺序实现简单的间接延迟初始化

在Rust中,假设你有一个需要延迟初始化的全局变量,它依赖于其他线程可能修改的共享状态。请描述如何使用释放(Release)和获取(Acquire)顺序来实现安全的间接延迟初始化,并给出一个简单的代码示例。
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编程语言Rust

知识考点

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面试题答案

一键面试
  1. 概念理解
    • 释放(Release)顺序:当一个线程以释放顺序存储一个值时,任何其他以获取顺序加载相同值的线程都能看到这个存储之前的所有内存操作。
    • 获取(Acquire)顺序:当一个线程以获取顺序加载一个值时,该线程可以看到在释放顺序存储该值之前的所有内存操作。
  2. 实现安全的间接延迟初始化
    • 使用OnceCell来实现延迟初始化,OnceCell在Rust标准库中用于安全的延迟初始化。
    • 为了处理依赖于其他线程可能修改的共享状态,我们可以使用Mutex来保护共享状态,并使用OnceCell来延迟初始化依赖于这个共享状态的全局变量。
  3. 代码示例
use std::cell::OnceCell;
use std::sync::{Arc, Mutex};

// 共享状态
static SHARED_STATE: OnceCell<Arc<Mutex<i32>>> = OnceCell::new();

// 依赖于共享状态的全局变量
static DEPENDENT_STATE: OnceCell<i32> = OnceCell::new();

fn init_shared_state() {
    SHARED_STATE.set(Arc::new(Mutex::new(42))).unwrap();
}

fn init_dependent_state() {
    let shared = SHARED_STATE.get().expect("Shared state should be initialized first");
    let value = shared.lock().unwrap();
    DEPENDENT_STATE.set(*value).unwrap();
}

fn main() {
    std::thread::scope(|s| {
        s.spawn(|| init_shared_state());
        s.spawn(|| init_dependent_state());
    });

    let result = DEPENDENT_STATE.get().expect("Dependent state should be initialized");
    println!("Dependent state value: {}", result);
}

在这个示例中:

  • SHARED_STATE是一个OnceCell,用于存储共享状态(这里是一个Arc<Mutex<i32>>)。
  • DEPENDENT_STATE是另一个OnceCell,它依赖于SHARED_STATE
  • init_shared_state函数初始化SHARED_STATE
  • init_dependent_state函数在获取SHARED_STATE后,初始化DEPENDENT_STATE
  • main函数中,我们使用std::thread::scope来模拟多线程环境,不同线程分别执行init_shared_stateinit_dependent_state函数。
  • 最后获取并打印DEPENDENT_STATE的值。OnceCell内部使用了释放和获取顺序保证初始化的安全性,确保在多线程环境下的正确行为。