面试题：Rust线程同步与共享状态处理

Question

假设有多个Rust线程需要访问并修改共享的可变数据，如何使用`Mutex`和`Arc`来保证线程安全？请编写代码示例展示这种机制，并且说明`Arc`和`Rc`的区别在多线程场景下是如何体现的。

Answer 1

使用Mutex和Arc保证线程安全的代码示例

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

fn main() {
    // 使用Arc来共享数据，Mutex来保护数据的可变性
    let shared_data = Arc::new(Mutex::new(0));

    let mut handles = vec![];
    for _ in 0..10 {
        let data = Arc::clone(&shared_data);
        let handle = thread::spawn(move || {
            let mut num = data.lock().unwrap();
            *num += 1;
        });
        handles.push(handle);
    }

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

    println!("Final value: {}", *shared_data.lock().unwrap());
}

Arc和Rc在多线程场景下的区别体现

1. 线程安全性
   • Rc（Reference Counting）是单线程引用计数类型，它没有实现Send和Sync这两个trait。这意味着Rc不能在线程间安全地传递，因为它的引用计数操作不是原子的，在多线程环境下可能导致数据竞争。
   • Arc（Atomic Reference Counting）是原子引用计数类型，实现了Send和Sync这两个trait。这使得Arc可以安全地在线程间传递，其引用计数操作是原子的，保证了多线程环境下的安全性。
2. 适用场景
   • Rc适用于单线程环境中，当你需要在多个所有者之间共享不可变数据，并且希望在所有所有者都丢弃数据时自动释放内存的场景。
   • Arc适用于多线程环境中，当你需要在多个线程之间共享数据时，Arc可以保证引用计数操作的原子性，避免数据竞争，确保线程安全。