面试题：Rust中原子加载与存储操作如何确保线程安全

Question

在Rust中，原子加载与存储操作对于多线程编程至关重要。请描述原子加载（load）和存储（store）操作的基本原理，以及它们是如何协同工作来确保线程安全的？并给出一个简单的多线程示例代码，展示原子加载与存储操作的正确使用。

Answer 1

原子加载（load）和存储（store）操作基本原理

1. 原子加载（load）：原子加载操作从原子类型的变量中读取值。在多线程环境下，它确保读取操作是原子的，即不会被其他线程的操作中断。这意味着读取的值是在某个时刻变量的完整状态，而不是部分更新的值。
2. 原子存储（store）：原子存储操作将一个值写入原子类型的变量。同样，这个操作是原子的，它保证在写入过程中不会被其他线程干扰。其他线程在读取这个变量时，要么看到旧值，要么看到新写入的值，不会出现中间状态。

协同工作确保线程安全

原子加载和存储操作通过保证对共享变量的读写操作原子性，避免了数据竞争问题，从而确保线程安全。例如，多个线程可能同时尝试读取和修改一个共享变量，使用原子加载和存储操作，每个线程的读写操作都是完整的，不会相互干扰。

简单多线程示例代码

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

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

    for _ in 0..10 {
        let counter = Arc::clone(&shared_counter);
        let handle = thread::spawn(move || {
            // 原子存储
            counter.store(1, Ordering::SeqCst);
            // 原子加载
            let value = counter.load(Ordering::SeqCst);
            println!("Thread got value: {}", value);
        });
        handles.push(handle);
    }

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

在这个示例中，AtomicUsize 类型的 shared_counter 用于在多个线程间共享数据。每个线程通过 store 方法原子地存储值，然后通过 load 方法原子地加载值，从而保证线程安全。Ordering::SeqCst 是一种较强的内存序，确保操作按顺序执行，进一步保证线程安全。