Module std::sync

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有用的同步原语。

需要同步

从概念上讲,Rust 程序是将在计算机上执行的一系列操作。程序中发生的事件的时间线与代码中操作的顺序一致。

考虑下面的代码,对某些静态变量进行操作:

static mut A: u32 = 0;
static mut B: u32 = 0;
static mut C: u32 = 0;

fn main() {
    unsafe {
        A = 3;
        B = 4;
        A = A + B;
        C = B;
        println!("{A} {B} {C}");
        C = A;
    }
}
Run

似乎存储在存储器中的某些变量已更改,执行了加法运算,结果存储在 A 中,并且变量 C 被修改了两次。

当仅涉及单个线程时,结果如预期的那样: 7 4 4 行被打印。

至于幕后发生的情况,启用优化后,最终生成的机器代码可能看起来与代码有很大不同:

  • C 的第一个存储区可能在存储区移至 AB 之前已被移至 as if

  • 可以删除 A + BA 的分配,因为总和可以存储在一个临时位置,直到打印出来为止,并且变量永远不会更新。

  • 最终结果可以仅通过在编译时查看代码来确定,因此 常量合并 可能会将整个块变成一个简单的 println!("7 4 4")

只要最终的优化代码在执行时产生的结果与没有优化的结果相同,编译器就可以执行这些优化的任何组合。

由于现代计算机中使用了 并发,因此有关程序执行顺序的假设通常是错误的。 访问全局变量会导致不确定的结果,即使编译器优化被禁用,仍然可能引入同步错误。

请注意,由于 Rust 的安全保证,假设我们在此模块中未使用任何同步原语,则访问 (static) 变量需要 unsafe 代码。

乱序执行

由于多种原因,指令的执行顺序与我们定义的顺序可以不同:

  • 编译器 重新排序指令:如果编译器可以在较早的时候发出指令,它将尝试这样做。 例如,它可能会在代码块的顶部提升内存负载,以便 CPU 可以从内存中启动 预取 值。

    在单线程方案中,这可能会在编写信号处理程序或某些类型的代码时引起问题。 使用 编译器栅栏 来防止这种重新排序。

  • 一个单处理器执行指令 乱序: 现代的 CPU 能够执行 超标量,也就是说,多个指令可能同时执行,即使机器代码描述的是一个顺序过程。

    这种重新排序由 CPU 透明地处理。

  • 同时执行多个硬件线程的 多处理器 系统:在多线程方案中,可以使用两种原语来处理同步:

    • 内存栅栏 以确保以正确的顺序对其他 CPU 进行内存访问。
    • 原子操作 以确保同时访问同一内存位置不会导致未定义的行为。

更高级别的同步对象

大多数同步原语都非常容易出错,使用起来也不方便,这就是为什么标准库还公开了一些更高级别的同步对象的原因。

这些抽象可以在较低级别的原语基础上构建。 为了提高效率,标准库中的同步对象通常是在操作系统内核的帮助下实现的,该内核可以在线程被锁定而被阻塞时重新安排线程的时间。

以下是可用的同步对象的概述:

  • RwLock: 提供一种互斥机制,允许同时有多个 readers,但一次只允许一个 writer。在某些情况下,这可能比互斥锁更有效。

Modules

  • 原子类型
  • 多生产者,单消费者 FIFO 队列通信原语。

Structs

  • ExclusiveExperimental
    Exclusive 仅提供非法访问,也称为对底层值的独占访问。它不提供对底层值的不公开或共享访问。
  • LazyLockExperimental
    在首次访问时初始化的值。
  • 线程安全的引用计数指针。Arc 代表原子引用计数。
  • 屏障使多个线程能够同步某些计算的开始。
  • Barrier 中的所有线程都汇合时,Barrier::wait() 将返回 BarrierWaitResult
  • 条件变量
  • 互斥原语可用于保护共享数据
  • 互斥锁的 “scoped lock” 的 RAII 实现。 当此结构体被丢弃 (离开作用域) 时,这个锁将被解锁。
  • 同步原语,可用于运行一次性初始化。 对于 FFI 或相关功能的一次性初始化很有用。 该类型只能用 Once::new() 构造。
  • 只能写入一次的同步原语。
  • 状态产生于 Once::call_once_force () 的闭包参数。 该状态可用于查询 Once 的中毒状态。
  • 一种错误类型,每当获取锁时都可以返回该错误。
  • reader-writer 锁
  • RAII 结构,用于在丢弃锁时释放锁的共享读取访问。
  • RAII 结构,用于在锁被丢弃时释放对锁的独占写访问。
  • 指示是否因超时而返回的条件变量的定时等待的类型。
  • WeakArc 的一个版本,它持有对托管分配的非所有权引用。 通过在 Weak 指针上调用 upgrade 来访问分配,它返回一个 Option<Arc<T>>

Enums

Constants

Type Definitions

  • 一种类型别名,用于可能导致中毒的锁定方法。
  • 一种非别名锁定方法结果的类型别名。