面试题答案
一键面试1. 安全共享可变状态的总体思路
在Rust多线程编程中，由于Rust的所有权系统，直接在多线程间共享可变状态并不容易。为了实现安全共享可变状态，通常会使用Arc（原子引用计数）来实现跨线程的共享，配合Mutex（互斥锁）或RwLock（读写锁）来控制对共享数据的访问。
2. Arc的作用和使用方式
- 作用：
Arc即Atomic Reference Counting，它提供了原子引用计数功能，使得数据可以在多个线程间安全地共享。Arc允许同一数据有多个所有者，并且可以在不同线程间传递。 - 使用方式：
use std::sync::Arc;
fn main() {
let data = Arc::new(10);
let cloned_data = data.clone();
println!("Original: {}, Cloned: {}", data, cloned_data);
}
在上述代码中，通过Arc::new创建了一个Arc实例，然后使用clone方法创建了另一个指向相同数据的Arc实例。
3. Mutex的作用和使用方式
- 作用：
Mutex（互斥锁）用于保护共享数据，确保同一时间只有一个线程可以访问数据。它通过锁定机制来实现，当一个线程获取到锁时，其他线程必须等待锁被释放才能访问数据。 - 使用方式：
use std::sync::{Arc, Mutex};
use std::thread;
fn main() {
let data = Arc::new(Mutex::new(0));
let mut handles = vec![];
for _ in 0..10 {
let data_clone = data.clone();
let handle = thread::spawn(move || {
let mut num = data_clone.lock().unwrap();
*num += 1;
});
handles.push(handle);
}
for handle in handles {
handle.join().unwrap();
}
println!("Final value: {}", *data.lock().unwrap());
}
在这段代码中，Mutex::new创建了一个互斥锁包裹的数据。通过lock方法获取锁，如果获取成功则返回一个MutexGuard智能指针，通过它可以安全地访问和修改数据。
4. RwLock的作用和使用方式
- 作用：
RwLock（读写锁）允许多个线程同时进行读操作，但只允许一个线程进行写操作。当有线程进行写操作时，其他读线程和写线程都必须等待。这在读取操作频繁而写入操作较少的场景下能提高并发性能。 - 使用方式：
use std::sync::{Arc, RwLock};
use std::thread;
fn main() {
let data = Arc::new(RwLock::new(0));
let mut handles = vec![];
for _ in 0..5 {
let data_clone = data.clone();
let handle = thread::spawn(move || {
let num = data_clone.read().unwrap();
println!("Read value: {}", num);
});
handles.push(handle);
}
for _ in 0..2 {
let data_clone = data.clone();
let handle = thread::spawn(move || {
let mut num = data_clone.write().unwrap();
*num += 1;
});
handles.push(handle);
}
for handle in handles {
handle.join().unwrap();
}
println!("Final value: {}", *data.read().unwrap());
}
在这段代码中，通过read方法获取读锁，通过write方法获取写锁。读锁允许多个线程同时持有，而写锁只允许一个线程持有。
5. RwLock相比Mutex在高并发读写场景下的优势
- 读操作并发度高：
Mutex同一时间只允许一个线程访问数据，无论是读还是写。而RwLock允许多个线程同时进行读操作，大大提高了读操作的并发性能。在读取频繁而写入较少的场景下，RwLock能显著提升系统的整体性能。
6. RwLock在高并发读写场景下可能存在的问题
- 写操作饥饿：如果读操作非常频繁，写操作可能会长时间等待，因为只要有读锁存在，写锁就无法获取。这可能导致写操作饥饿，影响写操作的实时性。
- 死锁风险：虽然Rust的类型系统能在一定程度上避免死锁，但如果使用不当，例如在持有读锁的情况下试图获取写锁，或者在复杂的锁嵌套场景下，仍然可能导致死锁。