面试题：Rust中Mutex与Arc在多线程编程里如何协同工作

Question

请阐述在Rust多线程编程场景下，Mutex与Arc的作用分别是什么，以及它们是怎样相互配合来确保线程安全的，可结合简单代码示例说明。

Answer 1

Mutex的作用

Mutex（互斥锁）在Rust中用于保护共享数据，确保同一时间只有一个线程可以访问该数据。它通过提供一种机制，让线程在访问数据前获取锁，访问结束后释放锁。这样可以避免多个线程同时修改数据导致的数据竞争问题。

Arc的作用

Arc（原子引用计数）用于在多个线程间共享数据。它是引用计数智能指针，能够跟踪有多少个指针指向同一数据。Arc允许数据在多个线程间安全地共享，因为它的引用计数操作是原子的，这保证了在多线程环境下引用计数的修改不会出现数据竞争。

二者配合确保线程安全

Mutex通常与Arc一起使用，当需要在多个线程间共享可变数据时，Arc用于在多个线程间传递数据的所有权，Mutex用于保护数据不被同时访问。

以下是一个简单代码示例：

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

fn main() {
    let shared_data = Arc::new(Mutex::new(0));
    let mut handles = vec![];

    for _ in 0..10 {
        let data = Arc::clone(&shared_data);
        let handle = thread::spawn(move || {
            let mut num = data.lock().unwrap();
            *num += 1;
        });
        handles.push(handle);
    }

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

    println!("Final value: {}", *shared_data.lock().unwrap());
}

在上述代码中，Arc<Mutex<i32>> 类型的 shared_data 在多个线程间共享。每个线程通过 Arc::clone 获取数据的共享引用，然后使用 lock 方法获取 Mutex 的锁来修改数据。由于 Mutex 的存在，同一时间只有一个线程能修改 i32 数据，从而确保了线程安全。