Rust中多線程的使用方法

本篇內容主要講解“Rust中多線程的使用方法”，感興趣的朋友不妨來看看。本文介紹的方法操作簡單快捷，實用性強。下面就讓小編來帶大家學習“Rust中多線程的使用方法”吧!

Rust對并發編程提供了非常豐富的支持，有傳統的多線程方式，也提供流行的異步原語async, await，本篇文章主要介紹多線程方面的基本用法。以下將分為5部分進行講解

1. 線程的創建

2. 鎖

3. 原子變量

4. 管道 , 條件變量

5. 生產者消費者的實現

線程的創建

線程的創建非常的簡單

    let thread = std::thread::spawn(||{
        println!("hello world");
    });
    thread.join(); //等待線程結束

Rust語言和其他語言不一樣的地方是，如果線程里使用了外部變量，則會報錯

 let data = String::from("hello world");
    let thread = std::thread::spawn(||{
        println!("{}", data);
    });
    thread.join();

原因如下:
error[E0373]: closure may outlive the current function, but it borrows `data`, which is owned by the current function
  --> src\main.rs:36:37
   |
36 |     let thread = std::thread::spawn(||{
   |                                     ^^ may outlive borrowed value `data`
37 |         println!("{}", data);
   |                        ---- `data` is borrowed here

線程中使用了其他線程的變量是不合法的，必須使用move表明線程擁有data的所有權

    let data = String::from("hello world");
    let thread = std::thread::spawn(move ||{ //使用move 把data的所有權轉到線程內
        println!("{}", data);
    });
    thread.join();

鎖

如果想要在多線程間讀寫數據，通常需要加鎖，如java中的 synchornized。與之對應，在Rust中需要使用Mutex，由于Mutex是跨線程使用，線程會轉移Mutex的所有權，所以必須配合Arc使用。

fn main() {
    let counter = Arc::new(Mutex::new(0));
    let counter2 = counter.clone();
    let thread = std::thread::spawn(move ||{
       let mut i = counter2.lock().unwrap();//獲取鎖，不需要手動釋放，rust的鎖和變量的生命周期一樣，離開作用域時，鎖會自動釋放
        *i = *i + 1;
    });
    thread.join();
    let counter = counter.lock().unwrap();
    assert_eq!(1, *counter);
}

原子變量

上面的例子中，我們使用鎖來實現對數據的安全訪問，鎖作用的范圍是調用lock到鎖對象的scope結束，在這段范圍內的代碼同一時間只能被一個線程訪問，從這點來看，使用鎖來實現對單一數據的安全訪問就有點重了（當然從鎖和原子變量的實現機制來說，鎖也遠比原子變量重），這時候使用原子變量效率就會高很多。

fn main() {
    let counter = Arc::new(AtomicU32::new(0));
    let counter2 = counter.clone();
    let thread = std::thread::spawn(move ||{
        counter2.fetch_add( 1, Ordering::SeqCst);
    });
    counter.fetch_add( 1, Ordering::SeqCst);
    thread.join();
    counter.load(Ordering::SeqCst);
    assert_eq!(2, counter.load(Ordering::SeqCst));
}

管道與條件變量

線程間的通信、協作，需要有一定的機制來支持，管道和條件變量就是這樣的機制。

1. 管道(Channel) Rust的channle包含了2個概念，發送者和接收者。發送者可以將消息放入管道，接收者則從管道中讀取消息

fn main() {
    use std::sync::mpsc::channel;
    use std::thread;
    let (sender, receiver) = channel();
    let sender2 = sender.clone();
    thread::spawn(move|| {
        sender2.send(123).unwrap(); //線程1 發送消息
    });
    thread::spawn(move|| {
        sender.send(456).unwrap(); //線程2 發送消息
    });
    while let Ok(res) = receiver.recv() { //主線程 接收消息
        println!("{:?}", res);
    }
}

值得注意的是接收者(receiver), 是唯一的，不像發送者(sender)那樣可以有多個

2. 條件變量 條件變量Condvar，不能單獨使用，需要和監視器MutexGuard配合使用。 線程之間通過調用 condvar.wait, condvar.notify_all, condvar.notify_one來實現線程間通信。

fn println(msg: &str){
    use chrono::Local;
    let date = Local::now();
    println!("{} {}", date.format("%Y-%m-%d %H:%M:%S"), msg)
}
fn main() {
    use std::sync::{Arc, Mutex, Condvar};
    use std::thread;

    let mutex_condva = Arc::new((Mutex::new(false), Condvar::new()));
    let m_c = mutex_condva.clone();

    thread::spawn(move || {
        println("sub thread start..");
        let (lock, cvar) = &*m_c;
        let mut started = lock.lock().unwrap();
         *started = true; //將業務參數設置為true
        std::thread::sleep(Duration::from_secs(5));
        cvar.notify_all(); // 喚醒條件變量等待者
        println("sub thread finished..");
    });
    println("main thread start..");

    let (lock, cvar) = &*mutex_condva;
    let mut started = lock.lock().unwrap();
    println("main thread begin wait..");
    while !*started { //等待條件變量被喚醒，且等待關注的業務參數為真。這里需要注意，要在循環中判斷started，因為條件變量被喚醒時，有可能業務條件并未為true
        started = cvar.wait(started).unwrap();
    }
    println("main thread finished..");
}

實現生產者消費者

下面的例子使用條件變量Condar來實現多生產者 ，多消費者(使用管道比較容易實現，且只能由一個消費者，這里就不介紹了)

struct Queue<T>{
    inner:Vec<T>,
    capacity: usize
}
impl<T> Queue<T> {
    fn new(cap:usize) -> Queue<T> {
        Queue{
            inner: Vec::new(),
            capacity: cap
        }
    }
     fn push(&mut self, data:T) -> bool {
        if !self.is_full() {
            self.inner.push(data);
            true
        } else {
            false
        }
    }
    fn pop(&mut self) -> Option<T> {
        self.inner.pop()
    }
    fn is_empty(&self) -> bool {
        self.inner.is_empty()
    }
    fn is_full(&self) -> bool {
        if self.inner.len() == self.capacity {true} else {false}
    }
}


struct Producer<T>{
    inner:Arc<(Mutex<Queue<T>>,  Condvar)>
}
impl<T:Display> Producer<T> {
    fn new(inner:Arc<(Mutex<Queue<T>>,  Condvar)>) -> Producer<T> {
        Producer{inner}
    }
    fn produce(&self, data:T) {
        let mut queue = self.inner.0.lock().unwrap();
        while (*queue).is_full() {
            println("[Producer] Queue is full, waiting queue to not full");
            queue = self.inner.1.wait(queue).unwrap();
            println("[Producer22] Queue is full, waiting queue to not full");
        }
        println("[Producer] Queue is not full, push data to queue");
        queue.push(data);
       self.inner.1.notify_all();
    }
}

struct Consumer<T>{
    inner: Arc<(Mutex<Queue<T>>,  Condvar)>
}
impl<T:Display> Consumer<T> {
    fn new(inner:Arc<(Mutex<Queue<T>>,  Condvar)>) -> Consumer<T> {
        Consumer{inner}
    }
    fn consume(&self) -> Option<T> {
        let mut queue = self.inner.0.lock().unwrap();
        while (*queue).is_empty() {
            println("[Consumer] Queue is empty, waiting queue to have data");
            queue = self.inner.1.wait(queue).unwrap();
        }
        println("[Consumer] Queue has data, pop data");
        let data = queue.pop();
        self.inner.1.notify_all();
        data
    }
}

fn println(msg: &str){
    use chrono::Local;
    let date = Local::now();
    println!("{:?} {} {}", std::thread::current().id(), date.format("%Y-%m-%d %H:%M:%S"), msg)
}
fn main() {
    let mc = Arc::new((Mutex::new(Queue::<usize>::new(3)), Condvar::new()));
    produce(&mc);
    consume(&mc);
    std::thread::sleep(Duration::from_secs(1000));//主線程等待，不然程序會提早退出
}

fn produce(mc: &Arc<(Mutex<Queue<usize>>, Condvar)>){
    for i in 0 .. 10 {
        let mc_clone = mc.clone();
        std::thread::spawn(move || {
            std::thread::sleep(Duration::from_secs(random::<u64>() % 10));
            let producer = Producer::new(mc_clone);
             producer.produce(i);
        });
    }
}
fn consume(mc: &Arc<(Mutex<Queue<usize>>, Condvar)>){
    for i in 0 .. 2 {
        let mc_clone = mc.clone();
        std::thread::spawn(move || {
            std::thread::sleep(Duration::from_secs(random::<u64>() % 2));
            let consumer = Consumer::new(mc_clone);
            loop {
                consumer.consume();
            }
        });
    }
}

到此，相信大家對“Rust中多線程的使用方法”有了更深的了解，不妨來實際操作一番吧！這里是億速云網站，更多相關內容可以進入相關頻道進行查詢，關注我們，繼續學習！