面试题：Rust条件变量在复杂线程同步场景中的应用

设计思路

使用互斥锁（Mutex）和条件变量（Condvar）：互斥锁用于保护共享状态，条件变量用于线程间的同步。主线程和工作线程通过共享的状态和条件变量进行通信。
共享状态：定义一个结构体来表示共享状态，其中包含一个布尔标志，用于指示主线程是否发出了信号，以及一个计数器，用于记录工作线程完成任务的数量。
工作线程：工作线程在启动时等待主线程的信号，信号发出后执行任务，完成任务后通知主线程。
主线程：主线程设置信号，等待工作线程完成任务。

代码实现

use std::sync::{Arc, Condvar, Mutex};
use std::thread;

// 共享状态结构体
struct SharedState {
    signal: bool,
    completed_count: u32,
}

fn main() {
    let shared_state = Arc::new((Mutex::new(SharedState {
        signal: false,
        completed_count: 0,
    }), Condvar::new()));

    let mut handles = Vec::new();
    let num_workers = 3;

    for _ in 0..num_workers {
        let shared_state_clone = shared_state.clone();
        let handle = thread::spawn(move || {
            let (lock, cvar) = &*shared_state_clone;
            let mut state = lock.lock().unwrap();

            // 等待主线程的信号
            while!state.signal {
                state = cvar.wait(state).unwrap();
            }

            // 模拟工作
            println!("Worker started working");
            thread::sleep(std::time::Duration::from_secs(1));
            println!("Worker finished working");

            state.completed_count += 1;
            cvar.notify_one();
        });
        handles.push(handle);
    }

    // 主线程设置信号
    let (lock, cvar) = &*shared_state;
    let mut state = lock.lock().unwrap();
    state.signal = true;
    cvar.notify_all();

    // 主线程等待所有工作线程完成
    while state.completed_count < num_workers as u32 {
        state = cvar.wait(state).unwrap();
    }

    for handle in handles {
        handle.join().unwrap();
    }
}

关键部分作用

SharedState结构体：用于存储共享状态，signal 表示主线程是否发出信号，completed_count 记录工作线程完成任务的数量。
Arc<(Mutex, Condvar)>：使用 Arc 来实现跨线程的共享所有权，Mutex 用于保护 SharedState，Condvar 用于线程间同步。
工作线程中的 while!state.signal 循环：工作线程在启动时等待主线程的信号，cvar.wait(state) 会释放锁并阻塞线程，直到收到通知。
主线程中的 state.signal = true; cvar.notify_all();：主线程设置信号并通知所有工作线程。
主线程中的 while state.completed_count < num_workers as u32 循环：主线程等待所有工作线程完成任务，cvar.wait(state) 会阻塞主线程，直到工作线程完成任务并通知。

面试题：Rust条件变量在复杂线程同步场景中的应用

知识考点

面试题答案

设计思路

代码实现

关键部分作用