面试题：Rust内存模型发展对并发编程的影响

Question

在Rust内存模型的发展历程中，它是如何影响并发编程的？请举例说明内存模型的改进怎样解决了并发场景下的常见问题，比如数据竞争等。

Answer 1

Rust内存模型对并发编程的影响

1. 早期基础：Rust早期通过所有权系统来管理内存，确保内存安全。在并发编程中，所有权系统为线程安全提供了基础。例如，每个变量有唯一所有者，这防止了多个线程同时无限制地访问和修改数据，从根本上避免了一些数据竞争问题。
2. 原子类型与内存序：随着发展，Rust引入了原子类型（如std::sync::atomic模块中的类型）以及内存序（std::sync::atomic::Ordering）。这使得开发者可以更精细地控制内存访问顺序。比如在多线程环境下，一个线程向共享变量写入数据，另一个线程读取该变量，通过合适的内存序可以保证读操作能看到写操作的结果，避免因编译器或CPU优化导致的不一致问题。
3. 同步原语改进：Rust的同步原语（如Mutex、RwLock等）在内存模型发展过程中也不断完善。例如，Mutex通过独占锁机制保证同一时间只有一个线程能访问其保护的数据，这有效解决了数据竞争问题。在一个多线程访问共享资源的场景中，多个线程尝试获取Mutex锁，只有获取到锁的线程能安全地访问和修改资源，其他线程需等待，从而避免了数据竞争。

举例说明解决常见问题

以数据竞争为例，假设有两个线程同时尝试修改同一个变量：

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

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

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

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

    let result = data.lock().unwrap();
    println!("Final result: {}", *result);
}

在这个例子中，通过Arc（原子引用计数）和Mutex（互斥锁）的结合，确保了多个线程对共享变量data的访问是线程安全的，避免了数据竞争。如果没有Mutex，多个线程同时修改data会导致数据竞争错误。随着Rust内存模型的发展，这种通过同步原语保证线程安全的方式变得更加稳定和高效。