面试题：Rust自定义线程安全数据结构的设计与实现

设计思路

选用同步原语：使用Mutex来保护双端队列的数据结构，确保同一时间只有一个线程能访问队列。同时，使用Condvar来处理线程等待和唤醒，以实现高效的线程同步。
处理竞态条件：在对双端队列进行插入和删除操作时，通过Mutex加锁来防止多个线程同时修改队列，避免数据竞争。当队列为空且有线程尝试取出元素时，使用Condvar让线程进入等待状态，直到队列中有新元素被插入。
优化性能：尽量缩小锁的粒度，只在对队列进行修改操作时加锁。对于读取操作，如果不需要保证绝对一致性，可以考虑使用RwLock来允许多个线程同时读。此外，可以使用parking_lot库中的Mutex和Condvar，它们在性能上比标准库中的同类产品更优。

Rust代码实现

use std::sync::{Arc, Mutex, Condvar};
use std::collections::VecDeque;

pub struct ThreadSafeDeque<T> {
    inner: Arc<(Mutex<VecDeque<T>>, Condvar)>,
}

impl<T> ThreadSafeDeque<T> {
    pub fn new() -> Self {
        ThreadSafeDeque {
            inner: Arc::new((Mutex::new(VecDeque::new()), Condvar::new())),
        }
    }

    pub fn push_front(&self, value: T) {
        let (lock, cvar) = &*self.inner;
        let mut queue = lock.lock().unwrap();
        queue.push_front(value);
        cvar.notify_one();
    }

    pub fn push_back(&self, value: T) {
        let (lock, cvar) = &*self.inner;
        let mut queue = lock.lock().unwrap();
        queue.push_back(value);
        cvar.notify_one();
    }

    pub fn pop_front(&self) -> Option<T> {
        let (lock, cvar) = &*self.inner;
        let mut queue = lock.lock().unwrap();
        while queue.is_empty() {
            queue = cvar.wait(queue).unwrap();
        }
        queue.pop_front()
    }

    pub fn pop_back(&self) -> Option<T> {
        let (lock, cvar) = &*self.inner;
        let mut queue = lock.lock().unwrap();
        while queue.is_empty() {
            queue = cvar.wait(queue).unwrap();
        }
        queue.pop_back()
    }
}

代码解释

结构体定义：
- ThreadSafeDeque结构体包含一个Arc，内部封装了一个元组，元组的第一个元素是Mutex<VecDeque<T>>，用于保护双端队列，第二个元素是Condvar，用于线程间的同步。
构造函数：
- new函数用于创建一个新的ThreadSafeDeque实例，初始化内部的VecDeque。
入队操作：
- push_front和push_back函数在双端队列的前端和后端插入元素。首先获取Mutex的锁，插入元素后，通过Condvar唤醒一个等待的线程（如果有）。
出队操作：
- pop_front和pop_back函数从双端队列的前端和后端取出元素。如果队列为空，线程会通过Condvar进入等待状态，直到被唤醒。当队列中有元素时，取出并返回元素。

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