面试题：Rust中Mutex和RwLock在数据访问控制场景下的差异

Question

在Rust中，假设你正在开发一个多线程程序，其中有一个共享数据结构，部分线程只需要读取这个数据，部分线程需要对其进行修改。请阐述Mutex和RwLock分别如何适用于这种场景，以及在使用它们时可能出现的问题。

Answer 1

Mutex（互斥锁）

1. 适用场景：Mutex 提供了独占访问的机制。无论是读取还是修改共享数据结构，线程都必须先获取 Mutex 的锁。这确保了同一时间只有一个线程能够访问共享数据，从而避免数据竞争。对于需要修改共享数据的线程，Mutex 是必不可少的，因为它能保证数据的一致性。对于只读取数据的线程，虽然可以使用 Mutex，但从性能角度看，它并非最优选择，因为每次读取都要独占锁，这可能会导致其他读取线程等待。
2. 可能出现的问题：
   • 死锁：如果多个线程以不同顺序获取多个 Mutex 锁，可能会导致死锁。例如，线程 A 获取了 Mutex1 并尝试获取 Mutex2，而线程 B 获取了 Mutex2 并尝试获取 Mutex1，此时两个线程都会无限期等待对方释放锁。
   • 性能瓶颈：由于同一时间只有一个线程能持有锁，在高并发读取场景下，可能会因为频繁的锁竞争导致性能下降。

RwLock（读写锁）

1. 适用场景：RwLock 区分了读操作和写操作。多个线程可以同时获取读锁来读取共享数据结构，因为读操作不会修改数据，所以不会产生数据竞争。而当有线程需要修改数据时，必须获取写锁，此时其他线程无论是读还是写都不能再获取锁。这使得 RwLock 在读写操作比例不均衡的场景下，尤其是读多写少的场景，能显著提高性能。例如，在一个数据库缓存系统中，大量线程可能只是读取缓存数据，而只有少数线程会更新缓存，这种情况下 RwLock 就非常适用。
2. 可能出现的问题：
   • 写饥饿：如果读操作非常频繁，写操作可能会一直无法获取写锁，导致写操作饥饿。因为只要有一个读锁被持有，写锁就无法获取。
   • 复杂度增加：相较于 Mutex 简单的独占锁机制，RwLock 的读写锁机制在代码逻辑上更复杂，需要更仔细地处理读锁和写锁的获取与释放，以避免逻辑错误。