Rust心得 - 202510

Fn trait 家族

// 不可变借用的闭包 - 可以并发调用
Fn(&self) -> Output

// 可变借用的闭包 - 不能安全并发
FnMut(&mut self) -> Output

// 获取所有权的闭包 - 只能调用一次
FnOnce(self) -> Output

Send + Sync trait

对于真正的并发，还需要：

// 可以安全地在线程间传递所有权
T: Send

// 可以安全地在线程间共享不可变引用
T: Sync

吐槽

类型吐槽

对于复合类型的参数和返回值，ts 是最爽的，c enum 稍不爽，rust enum 很不爽

Arc 原理

rust 的 Arc:: 变量，是通过锁实现的吗？还是什么？性能如何

你好！这是一个非常好的问题，直击 Rust 并发编程的核心。

简单来说：Arc 不是通过锁实现的，而是通过原子操作（Atomic Operations）实现的。

下面详细解释一下：

1. Arc 是什么？如何工作？

Arc 的全称是 Atomically Reference Counted（原子引用计数）。它是一个智能指针，允许多个线程以安全的方式“共享”同一份数据的所有权。

• 核心机制：引用计数
  Arc 内部包含一个指向堆上数据的指针，以及一个“引用计数器”。
  • 当你克隆（clone）一个 Arc 时，它不会复制底层的数据，而仅仅是原子性地将引用计数加一。
  • 当一个 Arc 的实例离开作用域（被 drop）时，它会原子性地将引用计数减一。
  • 只有当引用计数变为 0 时，底层的数据才会被真正地释放。
• 关键点：原子操作
  这里的“原子性”是关键。在多线程环境中，多个线程可能同时尝试增加或减少引用计数。如果使用普通的加减法，会导致数据竞争（Data Race），最终计数会出错。
  Arc 使用的是 CPU 提供的原子指令（例如 fetchadd, fetchsub）。这些指令是不可中断的，能确保即使在多核 CPU 上，计数的修改也是完整、独立的，从而保证了线程安全。

2. Arc 和锁（Mutex）的区别

这是最容易混淆的地方：

• Arc：保证“共享所有权”的线程安全。
  它只保证引用计数本身在多线程下的正确性。它不提供对内部数据的修改（mutability）能力。你不能直接通过一个 Arc<T> 来修改 T。
• 锁 (Mutex, RwLock)：保证“数据访问”的线程安全。
  锁提供的是“互斥”（Mutual Exclusion）。当你想要修改数据时，必须先获取锁。一旦一个线程获得了锁，其他线程就必须等待，直到该锁被释放。这保证了在任何时刻，只有一个线程能访问或修改数据。

3. Arc 和 Mutex 的结合使用

在实际的并发编程中，我们常常需要既能在线程间共享数据，又能修改它。因此，Arc<Mutex<T>> 这个组合非常常见：

• Arc<T>：让多个线程都能“拥有”指向 T 的指针。
• Mutex<T>：包裹住数据 T，提供一个安全的修改机制。

当你这样做时：

1. 使用 Arc::clone() 将 Arc<Mutex<T>> 的所有权安全地分发给多个线程。这个过程是无锁的，只涉及原子操作。
2. 在某个线程中，当你需要访问或修改内部数据 T 时，你必须调用 .lock() 方法来获取 Mutex 的锁。这个过程是阻塞的，可能会产生等待。

所以，锁的开销来自于 Mutex，而不是 Arc。

4. 性能如何？

• Arc 本身的性能非常好
  • 克隆 Arc 和销毁它只涉及一次原子操作。在现代 CPU 上，原子操作是一条硬件指令，速度非常快，远比操作系统层面的锁（获取和释放）要轻量。
  • 与单线程的 Rc（非原子引用计数）相比，Arc 会有一点点性能开销，因为原子操作需要处理 CPU 缓存同步等问题，比普通整数加减要慢一些。但在绝大多数情况下，这点开销是完全可以接受的，并且是线程安全所必需的。
• 瓶颈通常在锁上
  如果你的程序中大量使用了 Arc<Mutex<T>>，性能瓶颈几乎总是出现在对 Mutex 的争用上。如果多个线程频繁地需要获取同一个锁，就会导致大量的等待，从而降低程序的并发性能。

总结

特性	Arc	Mutex
目的	在线程间安全地共享数据所有权	保护数据，提供安全的独占访问/修改
实现机制	原子引用计数 (Atomic Operations)	操作系统提供的锁机制 (如 futex)
是否加锁	否	是
性能开销	低 (一次原子指令)	高 (可能涉及系统调用和线程阻塞)

再看 rust match

用久了对 match 有了更深层次的体会，一句话总结:

ts 的 if 允许类型缩窄，而 rust 的 if 不允许类型缩窄。rust 的 match 就是带类型缩窄的 if 语句