Rust中多线程的使用方法

本篇内容主要讲解“Rust中多线程的使用方法”，感兴趣的朋友不妨来看看。本文介绍的方法操作简单快捷，实用性强。下面就让小编来带大家学习“Rust中多线程的使用方法”吧!

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Rust对并发编程提供了非常丰富的支持，有传统的多线程方式，也提供流行的异步原语async, await，本篇文章主要介绍多线程方面的基本用法。以下将分为5部分进行讲解

1. 线程的创建

2. 锁

3. 原子变量

4. 管道 , 条件变量

5. 生产者消费者的实现

线程的创建

线程的创建非常的简单

    let thread = std::thread::spawn(||{
        println!("hello world");
    });
    thread.join(); //等待线程结束

Rust语言和其他语言不一样的地方是，如果线程里使用了外部变量，则会报错

 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

线程中使用了其他线程的变量是不合法的，必须使用move表明线程拥有data的所有权

    let data = String::from("hello world");
    let thread = std::thread::spawn(move ||{ //使用move 把data的所有权转到线程内
        println!("{}", data);
    });
    thread.join();

锁

如果想要在多线程间读写数据，通常需要加锁，如java中的 synchornized。与之对应，在Rust中需要使用Mutex，由于Mutex是跨线程使用，线程会转移Mutex的所有权，所以必须配合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();//获取锁，不需要手动释放，rust的锁和变量的生命周期一样，离开作用域时，锁会自动释放
        *i = *i + 1;
    });
    thread.join();
    let counter = counter.lock().unwrap();
    assert_eq!(1, *counter);
}

原子变量

上面的例子中，我们使用锁来实现对数据的安全访问，锁作用的范围是调用lock到锁对象的scope结束，在这段范围内的代码同一时间只能被一个线程访问，从这点来看，使用锁来实现对单一数据的安全访问就有点重了（当然从锁和原子变量的实现机制来说，锁也远比原子变量重），这时候使用原子变量效率就会高很多。

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));
}

管道与条件变量

线程间的通信、协作，需要有一定的机制来支持，管道和条件变量就是这样的机制。

1. 管道(Channel) Rust的channle包含了2个概念，发送者和接收者。发送者可以将消息放入管道，接收者则从管道中读取消息

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(); //线程1 发送消息
    });
    thread::spawn(move|| {
        sender.send(456).unwrap(); //线程2 发送消息
    });
    while let Ok(res) = receiver.recv() { //主线程 接收消息
        println!("{:?}", res);
    }
}

值得注意的是接收者(receiver), 是唯一的，不像发送者(sender)那样可以有多个

2. 条件变量 条件变量Condvar，不能单独使用，需要和监视器MutexGuard配合使用。 线程之间通过调用 condvar.wait, condvar.notify_all, condvar.notify_one来实现线程间通信。

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; //将业务参数设置为true
        std::thread::sleep(Duration::from_secs(5));
        cvar.notify_all(); // 唤醒条件变量等待者
        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 { //等待条件变量被唤醒，且等待关注的业务参数为真。这里需要注意，要在循环中判断started，因为条件变量被唤醒时，有可能业务条件并未为true
        started = cvar.wait(started).unwrap();
    }
    println("main thread finished..");
}

实现生产者消费者

下面的例子使用条件变量Condar来实现多生产者 ，多消费者(使用管道比较容易实现，且只能由一个消费者，这里就不介绍了)

struct Queue{
    inner:Vec,
    capacity: usize
}
impl Queue {
    fn new(cap:usize) -> Queue {
        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 {
        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{
    inner:Arc<(Mutex>,  Condvar)>
}
impl Producer {
    fn new(inner:Arc<(Mutex>,  Condvar)>) -> Producer {
        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{
    inner: Arc<(Mutex>,  Condvar)>
}
impl Consumer {
    fn new(inner:Arc<(Mutex>,  Condvar)>) -> Consumer {
        Consumer{inner}
    }
    fn consume(&self) -> Option {
        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::::new(3)), Condvar::new()));
    produce(&mc);
    consume(&mc);
    std::thread::sleep(Duration::from_secs(1000));//主线程等待，不然程序会提早退出
}

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

到此，相信大家对“Rust中多线程的使用方法”有了更深的了解，不妨来实际操作一番吧！这里是创新互联网站，更多相关内容可以进入相关频道进行查询，关注我们，继续学习！