1. 线程间通信
- 通道（Channel）：使用
std::sync::mpsc模块创建通道，用于在不同线程间传递数据。发送者（Sender）将数据发送到通道，接收者（Receiver）从通道获取数据。这种方式可以实现线程间的单向或双向数据传递，保证数据的安全传递。
- 消息传递范式：遵循消息传递范式，避免共享可变状态，通过消息传递来协调线程间的操作。这有助于减少竞争条件和死锁的发生。
2. 共享资源管理
- 互斥锁（Mutex）：当多个线程需要访问共享资源时，使用
std::sync::Mutex来保护共享资源。线程在访问共享资源前需要先获取互斥锁，访问结束后释放互斥锁，以此保证同一时间只有一个线程可以访问共享资源，防止数据竞争。
- 读写锁（RwLock）：如果共享资源读操作频繁，写操作较少，可以使用
std::sync::RwLock。多个线程可以同时获取读锁进行读操作，但只有一个线程可以获取写锁进行写操作，这样可以提高读操作的并发性能。
3. 线程池的使用
- 线程复用：使用线程池（如
rayon库或std::thread::ThreadPool）可以复用线程，避免频繁创建和销毁线程带来的开销。线程池维护一组线程，任务可以提交到线程池中，由线程池中的线程执行。
- 动态任务分配：线程池能够动态地将任务分配给空闲线程，提高线程的利用率，尤其适用于任务数量不确定或任务执行时间差异较大的场景。
示例代码
use std::sync::{Arc, Mutex};
use std::thread;
use std::sync::mpsc::{channel, Sender};
// 共享数据结构
struct SharedData {
value: i32,
}
fn main() {
let (sender, receiver): (Sender<i32>, _) = channel();
let shared_data = Arc::new(Mutex::new(SharedData { value: 0 }));
// 创建多个线程
let mut handles = vec![];
for _ in 0..3 {
let shared_data_clone = shared_data.clone();
let sender_clone = sender.clone();
let handle = thread::spawn(move || {
let mut data = shared_data_clone.lock().unwrap();
data.value += 1;
sender_clone.send(data.value).unwrap();
});
handles.push(handle);
}
// 收集线程结果
for _ in 0..3 {
let result = receiver.recv().unwrap();
println!("Received: {}", result);
}
// 等待所有线程结束
for handle in handles {
handle.join().unwrap();
}
}
代码解释与优化
- 线程间通信：通过
mpsc::channel创建了一个通道，线程通过sender将计算结果发送出去，主线程通过receiver接收结果。
- 共享资源管理：使用
Arc<Mutex<SharedData>>来管理共享数据SharedData。Arc用于在多个线程间共享数据，Mutex用于保护共享数据，确保同一时间只有一个线程可以修改SharedData中的value。
- 优化：
- 减少锁的粒度：在示例代码中，尽量缩短
lock的持有时间，只在修改value时持有锁，这样可以减少线程等待锁的时间，提高并发性能。
- 选择合适的数据结构：如果共享数据的访问模式比较复杂，可以考虑使用更高级的数据结构，如无锁数据结构，进一步提高并发性能。但无锁数据结构实现复杂，需要谨慎使用。
- 合理设置线程数量：根据系统的CPU核心数和任务类型，合理设置线程池中的线程数量。如果线程数量过多，会增加线程调度的开销，降低性能；如果线程数量过少，无法充分利用系统资源。一般来说，可以根据CPU核心数来设置线程池大小，例如
num_cpus::get()获取CPU核心数来初始化线程池。
