面试题：Rust线程同步通道在复杂场景下的应用

use std::sync::mpsc::{channel, Receiver, Sender};
use std::thread;
use rand::Rng;

fn main() {
    let (tx, rx): (Sender<i32>, Receiver<i32>) = channel();

    // 生产者线程
    let num_producers = 3;
    let producer_handles: Vec<_> = (0..num_producers).map(|_| {
        let tx = tx.clone();
        thread::spawn(move || {
            let mut rng = rand::thread_rng();
            loop {
                let num = rng.gen_range(1..100);
                match tx.send(num) {
                    Ok(_) => (),
                    Err(_) => break,
                }
            }
        })
    }).collect();

    // 消费者线程
    let num_consumers = 2;
    let consumer_handles: Vec<_> = (0..num_consumers).map(|_| {
        let rx = rx.clone();
        thread::spawn(move || {
            for num in rx {
                let square = num * num;
                println!("Consumer: Squared value of {} is {}", num, square);
            }
        })
    }).collect();

    // 等待生产者线程完成
    for handle in producer_handles {
        handle.join().unwrap();
    }
    // 关闭通道，通知消费者线程结束
    drop(tx);

    // 等待消费者线程完成
    for handle in consumer_handles {
        handle.join().unwrap();
    }
}

线程安全和高效通信的保证

线程安全：
- 使用std::sync::mpsc::channel创建的通道本身就是线程安全的。Sender和Receiver类型确保只有拥有Sender的线程可以发送数据，只有拥有Receiver的线程可以接收数据，避免了数据竞争。
- 每个生产者线程和消费者线程都有自己独立的状态，生产者线程通过克隆的Sender发送数据，消费者线程通过克隆的Receiver接收数据，这进一步保证了线程安全。
高效通信：
- 通道的设计允许线程之间直接传递数据，不需要额外的锁机制来保护共享数据，减少了同步开销。
- 生产者线程持续生成数据并通过通道发送，消费者线程通过for num in rx循环从通道接收数据，这种设计保证了数据的高效流动。当通道缓冲区满时，生产者线程会阻塞，直到有消费者从通道中取走数据，从而避免了过度生产。同样，当通道缓冲区为空时，消费者线程会阻塞，直到有生产者发送数据。
- 通过drop(tx)关闭发送端通道，通知消费者线程没有更多数据，消费者线程的for循环会自然结束，这种方式高效地处理了通道关闭和线程的正常退出。

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面试题：Rust线程同步通道在复杂场景下的应用

知识考点

面试题答案

线程安全和高效通信的保证