面试题：Rust中Mutex与RwLock在并发场景下的应用对比

Question

在Rust并发编程里，Mutex和RwLock都是用于线程同步的机制。请详细阐述Mutex和RwLock的工作原理，在什么并发场景下应该优先选择Mutex，什么场景下优先选择RwLock，并举例说明如何在实际代码中正确使用它们以避免死锁等问题。

Answer 1

Mutex工作原理

Mutex（互斥锁）是一种最基本的同步原语，它基于“互斥访问”的原则。当一个线程获取了Mutex的锁，其他线程就必须等待，直到该线程释放锁。这确保了同一时间只有一个线程可以访问被Mutex保护的数据，从而避免数据竞争。

RwLock工作原理

RwLock（读写锁）允许多个线程同时进行读操作，因为读操作不会修改数据，所以不会产生数据竞争。但是，当有一个线程进行写操作时，其他读线程和写线程都必须等待，直到写操作完成并释放锁。这样可以保证在写操作时数据的一致性。

优先选择Mutex的场景

1. 频繁写操作场景：如果在并发环境中，对共享数据的写操作远远多于读操作，那么使用Mutex更合适。因为RwLock在写操作时会阻塞所有读操作，而Mutex直接限制同一时间只有一个线程能访问数据，无论读写。
2. 数据一致性要求高且操作复杂场景：当共享数据的操作涉及到复杂的逻辑，需要保证严格的数据一致性，使用Mutex可以简化逻辑，因为同一时间只有一个线程能操作数据。

优先选择RwLock的场景

1. 多读少写场景：当对共享数据的读操作远远多于写操作时，RwLock能显著提高并发性能。因为多个读线程可以同时访问数据，而只有写操作时才会阻塞其他线程。

实际代码中使用Mutex以避免死锁

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

fn main() {
    let data = Arc::new(Mutex::new(0));
    let data_clone = data.clone();

    let handle = thread::spawn(move || {
        let mut num = data_clone.lock().unwrap();
        *num += 1;
    });

    let mut num = data.lock().unwrap();
    *num += 1;

    handle.join().unwrap();

    println!("Final value: {}", *num);
}

在这段代码中，通过Arc和Mutex来保护共享数据data。每个线程在访问数据前先获取锁lock()，操作完成后自动释放锁（MutexGuard离开作用域时），避免死锁。

实际代码中使用RwLock以避免死锁

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

fn main() {
    let data = Arc::new(RwLock::new(0));
    let data_clone = data.clone();

    let read_handle = thread::spawn(move || {
        let num = data_clone.read().unwrap();
        println!("Read value: {}", *num);
    });

    let write_handle = thread::spawn(move || {
        let mut num = data.write().unwrap();
        *num += 1;
    });

    read_handle.join().unwrap();
    write_handle.join().unwrap();

    let num = data.read().unwrap();
    println!("Final value: {}", *num);
}

这里使用RwLock来保护共享数据data。读线程通过read()获取读锁，写线程通过write()获取写锁。获取锁后同样会在MutexGuard离开作用域时自动释放锁，避免死锁。