面试题：Rust常函数线程安全之中等题

Question

在Rust中，描述一下哪些因素会影响一个常函数（`const fn`）是否线程安全？举例说明如何创建一个线程安全的常函数，以及可能遇到的陷阱。

Answer 1

影响const fn线程安全性的因素

1. 数据访问：常函数中访问的数据必须是线程安全的。如果常函数访问的全局变量或静态变量不是线程安全的（例如没有使用Sync和Send标记），则该常函数不是线程安全的。例如，一个const fn访问了一个非Sync的全局可变状态，就会导致线程安全性问题。
2. 函数调用：常函数调用的其他函数也必须是线程安全的。如果调用了一个非线程安全的函数（例如内部有非线程安全的操作），那么整个const fn也不是线程安全的。

创建线程安全的const fn示例

// 定义一个简单的线程安全类型
struct MyType {
    value: i32,
}
// 实现`Sync`和`Send`，表明该类型是线程安全的
unsafe impl Send for MyType {}
unsafe impl Sync for MyType {}

// 定义一个线程安全的常函数
const fn add_numbers(a: i32, b: i32) -> i32 {
    a + b
}

在这个例子中，add_numbers常函数不依赖任何可能导致线程不安全的数据或操作，所以它是线程安全的。

可能遇到的陷阱

1. 隐式状态共享：看似无状态的const fn可能因为依赖了全局或静态状态而变得线程不安全。例如：

static mut GLOBAL_STATE: i32 = 0;

const fn increment_global() -> i32 {
    unsafe {
        GLOBAL_STATE += 1;
        GLOBAL_STATE
    }
}

这个increment_global函数不是线程安全的，因为它访问并修改了全局可变状态GLOBAL_STATE，即使它被定义为const fn。 2. 未实现Sync和Send：如果常函数操作的类型没有正确实现Sync和Send，即使函数本身逻辑简单，也会导致线程不安全。例如，如果有一个自定义类型MyNonSyncType没有实现Sync，在const fn中使用它就会有问题。

struct MyNonSyncType {
    // 假设这里有一些内部状态使得它不是线程安全的
    data: Vec<i32>,
}

// 没有实现`Sync`和`Send`

const fn operate_on_non_sync_type(nst: MyNonSyncType) -> i32 {
    // 对`nst`进行操作
    nst.data.len() as i32
}

这样的const fn在多线程环境下使用可能会出现未定义行为，因为MyNonSyncType不是线程安全的。