面试题：Rust中Mutex与RwLock在实现线程安全场景的应用对比

Question

假设你正在开发一个多线程应用，其中有大量线程频繁读取共享数据，偶尔有线程需要修改数据。请阐述为什么在这种场景下，RwLock可能比Mutex更适合实现线程安全，并举例说明如何使用RwLock来确保数据的一致性。

Answer 1

RwLock比Mutex更适合的原因

1. 读写并发优势：
   • Mutex（互斥锁）只允许一个线程进入临界区，无论是读操作还是写操作。在大量线程频繁读取共享数据的场景下，若使用Mutex，读操作之间也会相互阻塞，大大降低了并发性能。
   • 而RwLock（读写锁）允许多个线程同时进行读操作，因为读操作不会修改数据，不会产生数据竞争。只有当有线程进行写操作时，才会阻止其他读线程和写线程进入，这样可以显著提高读多写少场景下的并发性能。
2. 写操作保护：
   • 当偶尔有线程需要修改数据（写操作）时，RwLock能保证写操作的原子性和数据一致性。写操作时，会独占锁，阻止其他读写线程进入，确保数据修改的完整性。

使用RwLock确保数据一致性的示例（以Rust语言为例）

use std::sync::{Arc, RwLock};
use std::thread;

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

    // 启动多个读线程
    for _ in 0..10 {
        let data_clone = data.clone();
        let handle = thread::spawn(move || {
            let read_data = data_clone.read().unwrap();
            println!("Read data: {}", read_data);
        });
        handles.push(handle);
    }

    // 启动一个写线程
    let data_clone = data.clone();
    let write_handle = thread::spawn(move || {
        let mut write_data = data_clone.write().unwrap();
        *write_data += 1;
        println!("Write data: {}", write_data);
    });
    handles.push(write_handle);

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

在上述代码中：

• 使用Arc<RwLock<T>>来在多个线程间共享数据并实现线程安全。Arc是原子引用计数智能指针，用于在多个线程间共享数据，RwLock用于实现读写锁。
• 读线程通过data.read().unwrap()获取读锁，允许多个读线程同时读取数据。
• 写线程通过data.write().unwrap()获取写锁，此时会阻止其他读写线程进入，确保写操作的数据一致性。