面试题：Rust原子操作在并发编程中的基础应用

Question

在Rust的并发编程场景下，简述原子类型`AtomicUsize`的常用方法，并举例说明如何使用`AtomicUsize`来实现一个简单的计数器，确保在多线程环境下计数的正确性。

Answer 1

AtomicUsize常用方法

1. load方法：从原子变量中读取值。

   use std::sync::atomic::{AtomicUsize, Ordering};
   let atomic_num = AtomicUsize::new(5);
   let value = atomic_num.load(Ordering::SeqCst);
   println!("Loaded value: {}", value);
   

2. store方法：将值存储到原子变量中。

   use std::sync::atomic::{AtomicUsize, Ordering};
   let atomic_num = AtomicUsize::new(0);
   atomic_num.store(10, Ordering::SeqCst);
   

3. fetch_add方法：原子地增加给定的值，并返回旧值。

   use std::sync::atomic::{AtomicUsize, Ordering};
   let atomic_num = AtomicUsize::new(5);
   let old_value = atomic_num.fetch_add(3, Ordering::SeqCst);
   println!("Old value: {}, new value: {}", old_value, atomic_num.load(Ordering::SeqCst));
   

4. fetch_sub方法：原子地减少给定的值，并返回旧值。

   use std::sync::atomic::{AtomicUsize, Ordering};
   let atomic_num = AtomicUsize::new(8);
   let old_value = atomic_num.fetch_sub(2, Ordering::SeqCst);
   println!("Old value: {}, new value: {}", old_value, atomic_num.load(Ordering::SeqCst));
   

使用AtomicUsize实现多线程计数器

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

fn main() {
    let counter = Arc::new(AtomicUsize::new(0));
    let mut handles = vec![];

    for _ in 0..10 {
        let counter = Arc::clone(&counter);
        let handle = thread::spawn(move || {
            for _ in 0..1000 {
                counter.fetch_add(1, Ordering::SeqCst);
            }
        });
        handles.push(handle);
    }

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

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

在上述代码中，Arc用于在多个线程间共享AtomicUsize实例。每个线程通过fetch_add方法对计数器进行原子增加操作，确保在多线程环境下计数的正确性。