面试题：Rust引用声明中的借用规则与多线程

Question

Rust的借用规则保证内存安全，在多线程环境下，如果有多个线程同时尝试借用同一个数据，可能会违反借用规则。请描述如何在多线程中安全地使用引用，例如通过`Arc`和`Mutex`来实现，并给出一个简单示例代码，说明如何正确地在多线程中共享和修改一个数据结构。

Answer 1

1. 使用Arc和Mutex在多线程中安全使用引用：

   • Arc（原子引用计数）用于在多个线程间共享数据。它允许数据在多个线程间克隆，而其内部的引用计数机制保证当所有对数据的引用都消失时，数据会被正确释放。
   • Mutex（互斥锁）用于保护共享数据，确保在任何时刻只有一个线程可以访问被保护的数据。线程在访问数据前需要获取锁，访问完成后释放锁。这样就避免了多个线程同时修改数据导致的数据竞争问题。

2. 示例代码：

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

fn main() {
    // 创建一个包含整数的Arc<Mutex<i32>>
    let shared_data = Arc::new(Mutex::new(0));
    let mut handles = vec![];

    for _ in 0..10 {
        // 克隆Arc，以便每个线程都能持有一个引用
        let data = Arc::clone(&shared_data);
        let handle = thread::spawn(move || {
            // 尝试获取Mutex的锁
            let mut num = data.lock().unwrap();
            *num += 1;
        });
        handles.push(handle);
    }

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

    // 主线程获取锁并打印最终结果
    let final_result = shared_data.lock().unwrap();
    println!("Final result: {}", *final_result);
}

在上述代码中：

• 首先创建了一个Arc<Mutex<i32>>类型的shared_data，初始值为0。
• 然后通过for循环创建10个线程，每个线程克隆一份Arc并尝试获取Mutex的锁，获取成功后对内部的整数加1。
• 主线程等待所有线程完成后，获取锁并打印最终的结果。这样通过Arc和Mutex确保了在多线程环境下对共享数据的安全访问和修改。