面试题：Rust 原子实现停止标志在多线程环境下的应用

Question

假设你正在开发一个多线程程序，需要使用 Rust 的原子类型实现一个停止标志，以确保所有线程能安全且及时地响应停止信号。请描述整体设计思路，并给出关键代码实现，同时说明如何处理可能出现的竞态条件。

Answer 1

设计思路

1. 使用原子类型：在 Rust 中，std::sync::atomic::AtomicBool 是一个适合作为停止标志的原子类型。它提供了原子操作，能在多线程环境下安全地读写值。
2. 线程间共享：通过 Arc（原子引用计数）来共享这个原子标志，使得多个线程都能访问和检查这个标志。
3. 停止信号处理：主线程或其他控制线程可以设置这个原子标志为 true 来发出停止信号。工作线程在合适的时机检查这个标志，一旦发现标志为 true，就停止当前工作。

关键代码实现

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

fn main() {
    // 创建原子停止标志
    let stop_flag = Arc::new(AtomicBool::new(false));
    let stop_flag_clone = Arc::clone(&stop_flag);

    // 创建线程
    let handle = thread::spawn(move || {
        while!stop_flag_clone.load(Ordering::SeqCst) {
            // 线程工作内容
            println!("Thread is working...");
            thread::sleep(std::time::Duration::from_millis(100));
        }
        println!("Thread stopped.");
    });

    // 主线程等待一段时间后发出停止信号
    thread::sleep(std::time::Duration::from_secs(2));
    stop_flag.store(true, Ordering::SeqCst);

    // 等待线程结束
    handle.join().unwrap();
}

竞态条件处理

1. 原子操作：AtomicBool 的 load 和 store 方法使用了内存序（Ordering）来保证原子操作的可见性和顺序性。例如 Ordering::SeqCst 提供了顺序一致性，确保所有线程以相同的顺序观察到这些操作。这样避免了由于不同线程对内存读写顺序不一致导致的竞态条件。
2. 共享引用管理：通过 Arc 来共享 AtomicBool，Arc 内部的引用计数机制是线程安全的，确保多个线程可以安全地共享这个停止标志，不会出现悬垂指针等问题，进一步避免竞态条件。