面试题：Rust中条件变量如何与互斥锁配合使用

Question

请简述在Rust中条件变量（`Condvar`）和互斥锁（`Mutex`）通常是怎样配合来实现线程间同步的，并举一个简单示例说明。

Answer 1

配合方式简述

1. Mutex的作用：互斥锁用于保护共享数据，确保在同一时刻只有一个线程能够访问共享数据，防止数据竞争。
2. Condvar的作用：条件变量用于线程间的通信。当某个条件满足时，一个线程可以通过条件变量通知其他等待该条件的线程。它不能单独使用，需要和互斥锁配合。
3. 配合流程：
   • 首先，线程获取Mutex的锁，访问共享数据。
   • 然后，线程检查共享数据的状态是否满足某个条件。如果不满足，线程调用条件变量的wait方法。在调用wait时，线程会自动释放Mutex的锁，进入等待状态。
   • 当其他线程修改共享数据使得条件满足时，该线程可以通过条件变量的notify_one或notify_all方法通知等待的线程。
   • 被通知的线程醒来后，会重新获取Mutex的锁，再次检查条件是否满足（因为可能存在虚假唤醒），如果满足则继续执行后续操作。

示例代码

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

fn main() {
    let pair = Arc::new((Mutex::new(false), Condvar::new()));
    let pair2 = pair.clone();

    let handle = thread::spawn(move || {
        let (lock, cvar) = &*pair2;
        let mut data = lock.lock().unwrap();
        *data = true;
        cvar.notify_one();
    });

    let (lock, cvar) = &*pair;
    let mut data = lock.lock().unwrap();
    while!*data {
        data = cvar.wait(data).unwrap();
    }
    handle.join().unwrap();
    println!("Condition is met, data: {}", data);
}

在这个示例中，主线程获取锁并检查条件（*data是否为true），如果不满足则等待条件变量的通知。子线程修改共享数据（将*data设为true）并通知主线程。主线程被通知后重新获取锁并检查条件，满足条件后继续执行并打印结果。