面试题：Rust中如何通过trait实现并发安全保障的基础机制

Question

简述在Rust里，trait是怎样协助实现并发安全保障的，举例说明至少一种与并发安全相关的trait及其作用原理。

Answer 1

trait 协助实现并发安全保障的原理

在Rust中，trait通过明确类型需要实现的方法集合，为并发安全提供保障。例如，Sync和Send这两个特殊的marker trait。它们在编译器层面进行类型检查，确保在并发场景下，类型的使用符合安全规则，防止数据竞争等并发问题。

Send trait

• 作用原理：Send trait标记一个类型可以安全地跨线程发送。如果一个类型实现了Send，意味着该类型的值可以在线程之间传递所有权。Rust编译器通过类型系统，确保只有实现了Send的类型才能在不同线程间传递。例如，基本类型（如i32、String等）都实现了Send。
• 示例代码：

use std::thread;

fn main() {
    let data = String::from("Hello, world!");
    let handle = thread::spawn(move || {
        println!("Received: {}", data);
    });
    handle.join().unwrap();
}

在上述代码中，String类型实现了Send，因此可以安全地传递到新线程中。

Sync trait

• 作用原理：Sync trait标记一个类型可以安全地在多个线程间共享。如果一个类型实现了Sync，意味着指向该类型的引用（&T）可以安全地在多个线程间共享。例如，i32实现了Sync，所以&i32可以在多个线程间安全共享。
• 示例代码：

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 = Arc::clone(&data);
        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，Arc<Mutex<i32>>实现了Sync，使得多个线程可以安全地共享对Mutex保护的i32数据的引用。Arc用于线程间共享所有权，Mutex用于保证同一时间只有一个线程可以访问数据。