面试题：Rust 锁定操作中释放获取顺序基础排查

Question

在 Rust 中，假设你有一个多线程程序使用了 Mutex 进行数据保护。现在程序出现了由于锁定操作中释放获取顺序不当导致的数据竞争问题，请描述你排查此类问题的基本思路和常用工具。

Answer 1

排查思路

1. 代码审查：
   • 检查 Mutex 的使用位置，确认 lock 和 unlock 操作是否成对出现。查看是否有提前返回或者异常处理不当导致 unlock 未执行的情况。
   • 分析多线程访问共享数据的逻辑，确定每个线程中对 Mutex 保护数据的操作顺序，是否存在先解锁再修改或者在不同线程中解锁后又以非线程安全方式访问数据的情况。
   • 梳理线程间的交互逻辑，比如是否存在线程 A 解锁后，线程 B 立即访问数据但线程 A 后续又需要再次访问并修改的情况，导致数据竞争。
2. 添加日志：
   • 在 lock 和 unlock 操作前后添加详细日志，记录线程 ID、操作时间等信息。通过分析日志，可以了解到各个线程获取和释放锁的顺序以及时间间隔，从而发现异常的顺序。
   • 记录对 Mutex 保护数据的关键操作，比如读取、写入等，结合锁的日志，判断数据操作与锁操作是否匹配。

常用工具

1. Rust Analyzer：
   • 它是 Rust 语言的智能代码补全和分析工具。在 IDE 中集成后，可以通过静态分析提示可能存在的锁使用不当问题，例如未释放锁或者在锁范围外访问受保护数据等潜在错误。
2. Rust 内置的 std::sync::MutexGuard 检查：
   • 确保 MutexGuard 的生命周期正确，它应该在离开作用域时自动释放锁。如果 MutexGuard 的生命周期管理不当，可能导致锁未正确释放。编译器会对 MutexGuard 的使用进行一些检查，帮助发现生命周期相关的错误。
3. RUST_BACKTRACE 环境变量：
   • 设置 RUST_BACKTRACE=1，当程序因为数据竞争等错误崩溃时，它会打印出详细的栈回溯信息。这有助于定位到出错的具体代码位置，包括涉及到锁操作和数据访问的函数调用栈。
4. 工具如 thread sanitizer：
   • 启用 thread sanitizer，它可以在程序运行时检测数据竞争。在 Rust 中，可以通过在 cargo 命令中添加特定参数来启用，例如 RUSTFLAGS="-Z sanitizer=thread" cargo run。thread sanitizer 会在检测到数据竞争时输出详细的错误信息，包括竞争发生的位置、涉及的线程等，方便快速定位问题。