面试题：Rust中如何确保Vec<T>在线程间安全使用

Question

在Rust中，通常情况下`Vec<T>`不是线程安全的。请阐述如何通过一些机制，比如`Arc`和`Mutex`，使得`Vec<T>`能够在线程间安全地共享和操作，给出相应的代码示例并解释每一步的作用。

Answer 1

1. 引入必要的包： 在Rust中，Arc（原子引用计数）和Mutex（互斥锁）来自标准库，所以无需额外引入外部包。

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

2. 创建线程安全的Vec<T>： 使用Arc和Mutex来包装Vec<T>。Arc用于在多个线程间共享数据，Mutex用于保证同一时间只有一个线程能访问数据。

let shared_vec = Arc::new(Mutex::new(vec![1, 2, 3]));

这里创建了一个Arc包裹着Mutex，而Mutex又包裹着一个Vec<i32>。

3. 在多线程中使用：

let mut handles = vec![];
for _ in 0..3 {
    let clone = shared_vec.clone();
    let handle = thread::spawn(move || {
        let mut vec = clone.lock().unwrap();
        vec.push(4);
        println!("{:?}", vec);
    });
    handles.push(handle);
}

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

• let clone = shared_vec.clone();：由于Arc是引用计数的，clone方法会增加引用计数，使得每个线程都能持有一个指向共享数据的Arc。
• let mut vec = clone.lock().unwrap();：这里调用lock方法尝试获取Mutex的锁。如果获取成功（返回Result类型，unwrap方法在成功时返回内部值，失败时会panic），就可以对Vec进行操作。
• vec.push(4);：向Vec中添加一个元素。
• println!("{:?}", vec);：打印当前Vec的内容。
• 最后通过join方法等待所有线程执行完毕。

完整代码如下：

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

fn main() {
    let shared_vec = Arc::new(Mutex::new(vec![1, 2, 3]));
    let mut handles = vec![];
    for _ in 0..3 {
        let clone = shared_vec.clone();
        let handle = thread::spawn(move || {
            let mut vec = clone.lock().unwrap();
            vec.push(4);
            println!("{:?}", vec);
        });
        handles.push(handle);
    }

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