面试题：Rust原子加载操作在多线程环境下的应用场景

Question

请描述在Rust中，原子加载操作在多线程编程里常见的应用场景有哪些？并举例说明如何使用`std::sync::atomic::AtomicUsize`进行原子加载操作来实现线程间的数据共享与同步。

Answer 1

原子加载操作在多线程编程里常见的应用场景

1. 状态标记：用于标记某个任务或操作是否完成。例如，在多个线程协作完成一项复杂任务时，一个线程完成自己的部分后，通过原子加载操作让其他线程知道任务进度。
2. 计数器：多个线程可能需要对一个共享的计数器进行操作，原子加载操作可以保证在读取计数器的值时不会出现数据竞争，例如统计网站的访问量等场景。
3. 共享数据访问：当多个线程需要读取共享数据时，原子加载操作可以确保读取到的数据是最新且一致的，避免由于缓存等问题导致的不一致现象。

使用std::sync::atomic::AtomicUsize进行原子加载操作实现线程间数据共享与同步的示例

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

fn main() {
    let shared_counter = Arc::new(AtomicUsize::new(0));
    let mut handles = Vec::new();

    for _ in 0..10 {
        let counter = Arc::clone(&shared_counter);
        let handle = thread::spawn(move || {
            // 原子加载操作
            let value = counter.load(Ordering::SeqCst);
            println!("Thread sees value: {}", value);

            // 原子递增操作
            counter.fetch_add(1, Ordering::SeqCst);
        });
        handles.push(handle);
    }

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

    // 主线程原子加载最终值
    let final_value = shared_counter.load(Ordering::SeqCst);
    println!("Final value: {}", final_value);
}

在上述代码中，通过Arc<AtomicUsize>在多个线程间共享一个计数器。每个线程通过load方法进行原子加载操作获取当前计数器的值，并且通过fetch_add进行原子递增操作。主线程最后也通过load获取最终的计数器值。Ordering::SeqCst代表顺序一致性，是一种较为严格的内存序，确保操作的顺序在所有线程看来都是一致的。不同的应用场景可能会选择不同的内存序，如Relaxed等更为宽松的内存序，以获得更好的性能，但可能会牺牲一定的数据一致性保障。