rust中的sync和send

[BruceChen7]

参考资料

• (upper:: rust 基本使用)

如何保证共享数据多线程安全

• 共享只读数据。
• 不共享数据。
• 保护好共享的数据
• 保证数据被访问的时候是 valid 的

共享只读数据

• 共享只读数据就是在多线程中，只能对变量进行读操作，不能进行写操作。
• 只对数据进行只读操作呢？是 Rust 类型系统里面规定了，引用在任何时候只能是下面两种情况之一，而不能同时存在：
  • 有任意个只读引用
  • 有一个可变引用（通过这个引用可以修改引用的变量）
• 这样就会防止数据在一个线程被写，而在另外的线程被读取或者写。

(concept:: Sync 和 Send, 'static)

Send

• 不共享数据就是**不要在多线程中共享变量，
• Rust 对此在编译器做了保证，防止不共享的变量被共享了，而这靠的就是Send trait。
• Send 在多线程程序中起到了什么作用呢？满足 Send，说明这个变量可以安全的在线程间转移。
• 实现了 Send trait 表示是所有权类型
• 不共享数据的时候，可以直接将变量 move 给生成的线程，这样，数据就被这个线程独有了。

  let v = vec![1, 2, 3];
  
  let handle = thread::spawn(move || {
      println!("Here's a vector: {:?}", v);
  });
  
  handle.join().unwrap();

• vector v 在主线程创建以后，直接 move 给了生成的线程，那么除了那个线程，没有其他的地方可以使用这个 vector。
• 如果其他地方使用这个 vector（比如，在handle.join().unwrap() ）前面尝试打印 vector，Rust 就会报错
• 数据要在线程之间被 move 需要满足 Send trait。如果move 的变量不满足 Send，那么 Rust 将禁止程序编译通过。
  • Rc<usize>，如果 move 它，在多线程编程中就会报错
  • 报错的重要一句话是 Rc<i32> 不能 send 在 threads safely
  • 比如上面报错的 Rc。因为Rc 不是多线程安全的引用计数，对应 Rc 并且线程安全的引用计数是 Arc。

Send 的要求

• 满足Send约束的类型，能在多线程之间安全的排它使用（Exclusive access is thread-safe），所有权类型
• 满足Send约束的类型T，表示T和&mut T（mut表示能修改这个引用，甚至于删除即drop这个数据）这两种类型的数据能在多个线程之间传递
• 直白些：能在多个线程之间move值以及修改引用到的值。

Sync

• 需要又读又写共享的数据时，Rust 要求共享的被读写的数据满足Sync trait。
• 如果数据不满足 Sync trait，但被共享于多线程中，编译器就会报错。
• 因为只有被保护的数据才会满足 Sync，而被保护了，就说明它可以安全地在多线程间共享。
• 比如当用 RefCell 不能用于多线程，主要的信息是RefCell cannot be shared between threads safely
• 因为 RefCell 里面的数据结构没有被保护，所以不能用于多线程中。需要使用 Mutex 对数据进行保护，才能将数据用于多线程中读和写。所以需要将RefCell<usize>改成Mutex<RefCell<usize>>
• 类型的实例可以被存储在可以跨线程访问的集合中，例如sd::sync::Arc、std::sync::Mutex、std::sync::RwLock等

Sync 和 Send 的关系

• Sync 可以理解为是 Send 的辅助

• 一个类型实现了Sync trait，不一定就实现了Send trait，

• 如果一个类型实现了Send trait，那么它一定也实现了Sync trait。

• Sync：

• 满足Sync约束的类型，能在多线程之间安全的共享使用（Shared access is thread-safe）。

• 满足Sync约束的类型T，只表示该类型能在多个线程中读共享，即：不能move，也不能修改，仅仅只能通过引用&T来读取这个值。

• 一个类型&T 的只有在满足Send约束的条件下，类型T 才能满足Sync约束 (a type T is Sync if and only if &T is Send)。即：T: Sync ≡ &T: Send。

• 这是因为将数据的引用发送到另一个线程并不会实际移动数据，而只是共享对数据的指针。

• 因此，如果安全地将数据的引用发送到另一个线程，则该数据本身也可以同时从多个线程访问。

• 对于那些基本的类型（primitive types）而言，比如i32类型，大多是同时满足Send和Sync这两个约束的，因为这些类型的共享引用（&）既能在多个多个线程中使用。

'static

• Send 和 Sync，规定了多线程中，只能使用线程安全的数据。
• 在 Rust 里面每一个数据都具有 owner，当 owner 失效的时候，数据就被释放/析构。
• 如果数据被用于多线程中，那么线程要么单独 own 这个数据，也就是前文所说的数据被 move 到线程中；
• 要么数据具有'static 的生命周期。

什么是'static 的生命周期呢？

• 'static 的生命周期表示 这个变量需要存活多久就可以存活多久。满足这个条件的有三种情况：
• 这个数据存活得跟包含它的程序一样长，也就是数据在程序退出的时候才会被释放/析构。
  • 比如static 的变量，它们在程序被 load 的时候存在，在程序被 unload 的时候释放；
  • 比如 literal string，它们保存在程序的二进制代码中
• 这个变量是 owned type。
  • 什么是 owned type 呢？，就是这个变量是完全占有 (own) 这个数据，也就是所有权类型
  • 比如 String，Vector，还有 primitive type, usize, i64 等等。
  • 所以编写多线程程序的时候，可以选择使用 owned type 将变量 move 到线程里面（这就是第一点不共享数据）；
  • 当数据是share onwership 的时候，就使用引用计数，结合 Send 和 Sync 来进行多线程编程。
• 'static 生命周期的第三种情况是如果变量包含引用，那么它只包含其他'static 生命周期的引用。
  • 显然，虽然这种情况，变量不拥有对应的数据，但是引用是'static，那么它也可以存活得想要多长就多长。

#type/rust #public