使用 SyncSend trait 的可扩展并发

ch16-04-extensible-concurrency-sync-and-send.md
commit 90406bd5a4cd4447b46cd7e03d33f34a651e9bb7

Rust 的并发模型中一个有趣的方面是:语言本身对并发知之 甚少。我们之前讨论的几乎所有内容,都属于标准库,而不是语言本身的内容。由于不需要语言提供并发相关的基础设施,并发方案不受标准库或语言所限:我们可以编写自己的或使用别人编写的并发功能。

然而有两个并发概念是内嵌于语言中的:std::marker 中的 SyncSend trait。

通过 Send 允许在线程间转移所有权

Send 标记 trait 表明类型的所有权可以在线程间传递。几乎所有的 Rust 类型都是Send 的,不过有一些例外,包括 Rc<T>:这是不能 Send 的,因为如果克隆了 Rc<T> 的值并尝试将克隆的所有权转移到另一个线程,这两个线程都可能同时更新引用计数。为此,Rc<T> 被实现为用于单线程场景,这时不需要为拥有线程安全的引用计数而付出性能代价。

因此,Rust 类型系统和 trait bound 确保永远也不会意外的将不安全的 Rc<T> 在线程间发送。当尝试在示例 16-14 中这么做的时候,会得到错误 the trait Send is not implemented for Rc<Mutex<i32>>。而使用标记为 SendArc<T> 时,就没有问题了。

任何完全由 Send 的类型组成的类型也会自动被标记为 Send。几乎所有基本类型都是 Send 的,除了第十九章将会讨论的裸指针(raw pointer)。

Sync 允许多线程访问

Sync 标记 trait 表明一个实现了 Sync 的类型可以安全的在多个线程中拥有其值的引用。换一种方式来说,对于任意类型 T,如果 &TT 的引用)是 Send 的话 T 就是 Sync 的,这意味着其引用就可以安全的发送到另一个线程。类似于 Send 的情况,基本类型是 Sync 的,完全由 Sync 的类型组成的类型也是 Sync 的。

智能指针 Rc<T> 也不是 Sync 的,出于其不是 Send 相同的原因。RefCell<T>(第十五章讨论过)和 Cell<T> 系列类型不是 Sync 的。RefCell<T> 在运行时所进行的借用检查也不是线程安全的。Mutex<T>Sync 的,正如 “在线程间共享 Mutex<T>” 部分所讲的它可以被用来在多线程中共享访问。

手动实现 SendSync 是不安全的

通常并不需要手动实现 SendSync trait,因为由 SendSync 的类型组成的类型,自动就是 SendSync 的。因为他们是标记 trait,甚至都不需要实现任何方法。他们只是用来加强并发相关的不可变性的。

手动实现这些标记 trait 涉及到编写不安全的 Rust 代码,第十九章将会讲述具体的方法;当前重要的是,在创建新的由不是 SendSync 的部分构成的并发类型时需要多加小心,以确保维持其安全保证。The Nomicon 中有更多关于这些保证以及如何维持他们的信息。

总结

这不会是本书最后一个出现并发的章节:第二十章的项目会在更现实的场景中使用这些概念,而不像本章中讨论的这些小例子。

正如之前提到的,因为 Rust 本身很少有处理并发的部分内容,有很多的并发方案都由 crate 实现。他们比标准库要发展的更快;请在网上搜索当前最新的用于多线程场景的 crate。

Rust 提供了用于消息传递的通道,和像 Mutex<T>Arc<T> 这样可以安全的用于并发上下文的智能指针。类型系统和借用检查器会确保这些场景中的代码,不会出现数据竞争和无效的引用。一旦代码可以编译了,我们就可以坚信这些代码可以正确的运行于多线程环境,而不会出现其他语言中经常出现的那些难以追踪的 bug。并发编程不再是什么可怕的概念:无所畏惧地并发吧!

接下来,让我们讨论一下当 Rust 程序变得更大时,有哪些符合语言习惯的问题建模方法和结构化解决方案,以及 Rust 的风格是如何与面向对象编程(Object Oriented Programming)中那些你所熟悉的概念相联系的。