面试题：Rust中读写锁的基本使用及场景

Question

请描述Rust中读写锁（`RwLock`）的基本原理，并举例说明在哪些场景下使用`RwLock`会比普通的互斥锁（`Mutex`）更合适。同时，写出一段简单的Rust代码，展示`RwLock`的基本使用方法。

Answer 1

Rust中读写锁（RwLock）的基本原理

1. 读写锁概念：
   • RwLock允许多个线程同时进行读操作，因为读操作不会修改共享数据，所以不会产生数据竞争。但只允许一个线程进行写操作，以保证数据的一致性。这是基于“多读单写”的原则，提高了并发访问的效率。
   • 内部通过维护一个计数器来跟踪当前有多少个读操作在进行，以及是否有写操作正在进行或等待。当有写操作时，所有读操作都会被阻塞，直到写操作完成。同样，当有读操作进行时，写操作也会被阻塞，直到所有读操作完成。

适用场景

1. 读多写少场景：
   • 例如在一个缓存系统中，大量的线程可能会频繁读取缓存数据，但只有偶尔的线程会更新缓存。在这种情况下，使用RwLock比Mutex更合适。因为Mutex每次只允许一个线程访问，无论是读还是写，这在大量读操作时会导致性能瓶颈。而RwLock允许多个读线程同时访问，大大提高了读操作的并发性能。

RwLock基本使用方法的Rust代码示例

use std::sync::{Arc, RwLock};

fn main() {
    // 创建一个RwLock实例，内部包裹一个i32类型的数据
    let data = Arc::new(RwLock::new(0));

    // 创建多个读线程
    let mut read_handles = vec![];
    for _ in 0..10 {
        let data_clone = Arc::clone(&data);
        let handle = std::thread::spawn(move || {
            let read_lock = data_clone.read().unwrap();
            println!("Read data: {}", *read_lock);
        });
        read_handles.push(handle);
    }

    // 创建一个写线程
    let write_handle = std::thread::spawn(move || {
        let mut write_lock = data.write().unwrap();
        *write_lock += 1;
        println!("Write data: {}", *write_lock);
    });

    // 等待所有读线程完成
    for handle in read_handles {
        handle.join().unwrap();
    }
    // 等待写线程完成
    write_handle.join().unwrap();
}

在上述代码中：

• 首先通过Arc和RwLock创建了一个共享的可读写数据。
• 然后创建了10个读线程，这些线程通过read方法获取读锁来读取数据。
• 接着创建了一个写线程，通过write方法获取写锁来修改数据。
• 最后等待所有线程完成。