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面试题:Rust原子操作存储和加载在复杂场景下的应用

假设你正在开发一个多线程的缓存系统,使用Rust实现。缓存中有一个原子计数器用于记录缓存命中次数。在不同线程中,一方面会频繁读取缓存(加载原子计数器),另一方面会在缓存更新时(存储原子计数器)。请详细描述如何合理选择`Ordering`参数以保证系统性能和数据一致性,并给出关键代码片段。
43.2万 热度难度
编程语言Rust

知识考点

AI 面试

面试题答案

一键面试
  1. Ordering参数选择

    • 读取操作(加载原子计数器):对于频繁读取缓存命中次数的操作,使用Ordering::Relaxed即可。因为这里主要关心的是性能,Relaxed顺序只保证原子操作本身的原子性,不保证任何内存顺序,在这种情况下已经足够,因为读取命中次数本身不需要与其他线程的操作有特定的顺序关系。
    • 写入操作(存储原子计数器):当缓存更新并存储原子计数器时,为了保证数据一致性,需要使用更强的内存顺序。这里可以使用Ordering::SeqCst(顺序一致性)。SeqCst是最强的内存顺序,它确保所有线程都以相同的顺序观察到所有SeqCst操作。虽然它性能比Relaxed差,但对于更新缓存命中次数这种需要数据一致性的操作是合适的。
  2. 关键代码片段

use std::sync::atomic::{AtomicUsize, Ordering};
use std::thread;

fn main() {
    let cache_hit_count = AtomicUsize::new(0);

    // 模拟多个读取线程
    let read_handles: Vec<_> = (0..10).map(|_| {
        let cache_hit_count = cache_hit_count.clone();
        thread::spawn(move || {
            for _ in 0..100 {
                let count = cache_hit_count.load(Ordering::Relaxed);
                println!("Read cache hit count: {}", count);
            }
        })
    }).collect();

    // 模拟多个写入线程
    let write_handles: Vec<_> = (0..5).map(|_| {
        let cache_hit_count = cache_hit_count.clone();
        thread::spawn(move || {
            for _ in 0..50 {
                cache_hit_count.fetch_add(1, Ordering::SeqCst);
                println!("Incremented cache hit count");
            }
        })
    }).collect();

    for handle in read_handles {
        handle.join().unwrap();
    }
    for handle in write_handles {
        handle.join().unwrap();
    }

    let final_count = cache_hit_count.load(Ordering::Relaxed);
    println!("Final cache hit count: {}", final_count);
}

在上述代码中:

  • cache_hit_count.load(Ordering::Relaxed)用于读取缓存命中次数,采用Relaxed顺序。
  • cache_hit_count.fetch_add(1, Ordering::SeqCst)用于更新缓存命中次数,采用SeqCst顺序保证数据一致性。