面试题：Rust释放和获取顺序的复杂场景优化

Question

假设你正在开发一个高并发的Rust应用，其中多个线程需要频繁地读写共享数据。在这种情况下，如何通过合理地使用释放和获取顺序，来避免数据竞争，同时最大程度地提升性能？考虑使用原子类型（如`AtomicUsize`）和`std::sync::atomic::Ordering`中的相关选项，详细阐述你的设计思路，并给出核心代码片段。

Answer 1

设计思路

1. 原子类型选择：使用AtomicUsize来处理共享的无符号整数数据。AtomicUsize提供了原子操作，确保在多线程环境下数据访问的原子性。
2. 顺序选择：
   • 写操作：对于写操作，使用Ordering::Release顺序。这保证了在释放存储之前，所有对该存储的写入操作都对其他线程可见。
   • 读操作：对于读操作，使用Ordering::Acquire顺序。这确保了在获取存储之后，所有对该存储的读取操作都能看到之前线程写入的最新值。
3. 使用场景：当一个线程修改共享数据（写操作）并希望其他线程能够看到最新值时，使用Release顺序。当一个线程需要读取共享数据并确保获取到最新值时，使用Acquire顺序。

核心代码片段

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

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

    let mut handles = vec![];

    // 写线程
    for _ in 0..5 {
        let shared_data_clone = shared_data.clone();
        let handle = thread::spawn(move || {
            for i in 0..100 {
                shared_data_clone.store(i, Ordering::Release);
            }
        });
        handles.push(handle);
    }

    // 读线程
    for _ in 0..5 {
        let shared_data_clone = shared_data.clone();
        let handle = thread::spawn(move || {
            for _ in 0..100 {
                let value = shared_data_clone.load(Ordering::Acquire);
                println!("Read value: {}", value);
            }
        });
        handles.push(handle);
    }

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

在上述代码中，多个写线程通过store方法以Ordering::Release顺序更新共享数据，多个读线程通过load方法以Ordering::Acquire顺序读取共享数据，以此避免数据竞争并提升性能。