面试题：Rust中原子操作的基本类型及使用场景

Question

请列举Rust中常用的原子操作类型，并简要说明它们分别适用于哪些并发编程场景。

Answer 1

在Rust中，常用的原子操作类型位于std::sync::atomic模块下：

1. AtomicBool
   • 适用场景：适用于需要在多线程间共享布尔状态的场景。例如，一个线程需要设置一个标志位来通知其他线程某些事件的发生，或者多个线程需要检查某个状态是否达成，AtomicBool 能够保证对该布尔值的读取和写入操作是原子的，避免数据竞争。
2. AtomicI* 和 AtomicU*（* 代表不同的整数位数，如 8、16、32、64 等）
   • 适用场景：适用于多线程间需要对整数进行原子操作的场景。比如在多线程计数场景中，多个线程可能需要对一个计数器进行递增或递减操作，AtomicI* 类型能够确保这些操作的原子性，防止多个线程同时修改计数器导致数据不一致。常用于实现并发安全的引用计数（如 Rc 和 Arc 内部使用 AtomicUsize 来管理引用计数）。
3. AtomicPtr
   • 适用场景：适用于在多线程间共享指针的场景。当需要在线程间安全地传递指针，并且对指针的操作（如赋值、比较和交换等）需要保证原子性时使用。例如，在实现一些基于指针的数据结构（如无锁链表）时，AtomicPtr 可以确保对链表节点指针的修改是原子的，避免多线程操作时出现悬垂指针或数据不一致的问题。
4. AtomicUsize
   • 适用场景：与 AtomicI* 和 AtomicU* 类似，但特别适用于需要表示 usize 类型（依赖于目标平台的指针大小的无符号整数类型）的原子操作场景。常用于实现内部需要原子计数的场景，例如，统计特定类型对象的实例数量，在多线程环境下保证计数的准确性。