重点讲解Send与Sync相关的并发知识

Rust那些事之并发Send与Sync

Send与Sync在Rust中属于marker trait，代码位于marker.rs，在标记模块中还有Copy、Unpin等trait。

在marker.rs中是通过auto trait来实现。

 

pub unsafe auto trait Sync { }

 

auto trait又称为opt-in, built-in trait (OIBIT)。这是一种不稳定的特性，每个类型都会自动实现一个特征，除非它们选择退出或包含一个不实现该特征的类型。

换言之，opt-in对应还有个opt-out，可以通过!(negative trait impl)语法来实现。

例如：下面代码中第一行表示类型Wrapper实现了Send，但是却没实现Sync。

 

unsafe impl Send for Wrapper {}
unsafe impl !Sync for Wrapper {}

 

本节将会重点讲解Send、Sync相关的并发知识。

1.auto trait

可以通过安装nightly版使用feature特性。

 

rustup toolchain install nightly  

 

下面以自定义auto trait实现为例：

 

#![feature(negative_impls)]
#![feature(auto_traits)]
auto trait IsCool {}

impl !IsCool for String {}

struct MyStruct;
struct HasAString(String);

fn check_cool(_: C) {}

 

调用：

 

check_cool(42);
check_cool(false);
check_cool(MyStruct);
# the trait `IsCool` is not implemented for `std::String`
check_cool(String::new());

 

这里给了一个简单的例子，展示了auto trait的用法，当没有实现(通过!)auto trait时，编译器会在编译阶段报：the trait XXX is not implemented for YYY。

2.Send与Sync

Send含义：跨线程move，ownership。Sync含义：跨线程share data，borrow。

通常在我们编译多线程代码时，会存在所有权转移、数据共享。那么问题来了，Rc与原生指针是否可以在多线程使用呢？

我们打开Rc(Reference Counting, 引用计数)的源码可以看到这里使用了negative trait，并没有实现Send与Sync，因此通过Rc包裹的对象并不是线程安全的，只能用在单线程中。

 

impl !marker::Send for Rc {}
impl !marker::Sync for Rc {}

 

如果我们将它用在多线程中，会出什么问题呢？

 

fn main() {
    let val = std::new(5);
    let t = std::spawn(move || {
        println!("this is a thread val: {}",val);
    });

    t.join().unwrap();
}

 

报错：

 

error[E0277]: `Rc` cannot be sent between threads safely
...
the trait `Send` is not implemented for `Rc`
...

 

与之对应，Arc(Atomic Reference Counted, 原子引用计数)，可以看一下源码实现：

 

unsafe impl Send for Arc {}
unsafe impl Sync for Arc {}

 

Send与Sync都实现了。

Send可以实现在多线程间安全传递所有权，Sync可以线程安全的共享数据(例如：引用)。

此外，官方文档：当且仅当类型T的引用&T是Send，T是Sync。

大概意思就是如果引用都无法在多线程之前传递，那么底层数据变无法进行数据共享了。

marker.rs中还有段比较重要的代码，表示原生指针不是线程安全的，没有实现Send、Sync trait。

 

impl !Send for *const T {}
impl !Send for *mut T {}
impl !Sync for *const T {}
impl !Sync for *mut T {}

 

Mutex与RwLock

Mutex与RwLock相比于其他语言来说，实现了用户友好的接口，通过new即可将类型传递进去。

 

Arc::new(Foo{}))

 

在Go中使用Mutex，张这个样子：

 

v   map[string]int
mux sync.Mutex

 

可以看到rust一行便可以知道保护的是哪个数据。Mutex是用来保护共享变量，所以这个变量类型T我们猜测可以是安全的，也可以是不安全的，所以Sync是不被要求的，因此我们看源码：

 

unsafe impl Send for Mutex {}
unsafe impl Sync for Mutex {}

 

Mutex会去实现Send与Sync，要求的类型T一定是具有所有权(实现Send)，但是并不要求数据是否是安全的(没实现Sync)。

同理：RwLock是读写锁，需要满足并发读，因此要求T必须实现Sync。

 

unsafe impl Send for RwLock {}
unsafe impl Sync for RwLock {}

 

小知识

前面讲解了raw pointer并不是线程安全的，那么如何实现线程安全呢？

其实也比较简单：可以通过如下多种方法：

自定义类型

将raw pointer包裹起来即可。

 

struct Wrapper(*mut i32);
unsafe impl Send for Wrapper {}
unsafe impl Sync for Wrapper {}

 

Box

使用智能指针Box。

 

Box::new(my_num)

 

审核编辑：刘清