如果创建可变变量和可变引用并在单独的线程中更改其中之一，Rust 会发生什么？

Question

我是 Rust 的新手，刚刚开始了解它的所有权系统（本书的第 4 章）。编译器会处理值和引用可能发生的许多错误，但让我们想象以下情况：

让我们假设有这样的代码，但是 change_string 打开一个新线程并在那里执行突变。

fn main() {
    let mut s = String::from("Hello");

    // perform in thread, so flow will not be synchronous
    change_string(&mut s);

    s.push_str("..........");
    println!("{}", s);
}

fn change_string(some_string: &mut String) {
    some_string.push_str(", World");
}

目前我收到 Hello, World..........，但是如果添加 , World 将在单独的线程中，会发生什么情况？

Answer 1

Rust 不会让你做不安全的事情（不使用 unsafe 关键字），包括与线程相关的任何事情。为什么不试试看它是如何编译失败的呢？

fn change_string(some_string: &mut String) {
    std::thread::spawn(move || {
            some_string.push_str(", World");
    });
}

它产生这个错误：

error[E0621]: explicit lifetime required in the type of `some_string`
  --> src/main.rs:14:5
   |
13 | fn change_string_1(some_string: &mut String) {
   |                                 ----------- help: add explicit lifetime `'static` to the type of `some_string`: `&'static mut std::string::String`
14 |     std::thread::spawn(move || {
   |     ^^^^^^^^^^^^^^^^^^ lifetime `'static` required

这意味着您不能将具有非静态生命周期的引用传递给线程，因为该线程的生命周期可能比此类引用长，这样是不安全的。

您可能在考虑数据竞争问题，但实际上这不是问题所在。真正的问题是您的 String 可能与线程一样长。实际上，如果你使用 crossbeam crate 中的作用域线程，它就可以正常工作：

fn change_string(some_string: &mut String) {
    crossbeam::scope(|s| {
        s.spawn(|_| {
            some_string.push_str(", World");
        });
    }).unwrap();
}

现在它可以工作了，因为 crossbeam::scope() 调用不会 return 直到内部生成的所有线程都完成。因此，你的 String 的生命周期总是比线程长，一切正常。

但是数据竞争呢？有 none，因为 Rust 中的 &mut 引用是 唯一的 。这意味着你不能让它们中的两个指向同一个对象，所以你从哪个线程改变你的对象并不重要（只要你的对象实现 Sync 但大多数都实现），你正在做只有一个，没有种族。

如果您尝试创建两个线程来修改对象，即使使用 crossbeam:

fn change_string(some_string: &mut String) {
    crossbeam::scope(|s| {
        s.spawn(|_| {
            some_string.push_str(", World");
        });
        s.spawn(|_| {
            some_string.push_str(", World");
        });
    }).unwrap();
}

您收到此错误消息：

error[E0524]: two closures require unique access to `some_string` at the same time

请记住，&mut 表示除了变异能力之外的唯一访问权限。

如果您尝试将引用移动到闭包中而不是借用它：

fn change_string(some_string: &mut String) {
    crossbeam::scope(|s| {
        s.spawn(move |_| {
            some_string.push_str(", World");
        });
        s.spawn(move |_| {
            some_string.push_str(", World");
        });
    }).unwrap();
}

你在第二个闭包中得到这个：

error[E0382]: use of moved value: `some_string`

因为引用已经移到第一个，无法再次使用。

当然，您可以从线程中生成一个线程，这将起作用：

fn change_string(some_string: &mut String) {
    crossbeam::scope(|s| {
        s.spawn(|s| {
            some_string.push_str(", World");
            s.spawn(|_| {
                some_string.push_str(", World");
            });
        });
    }).unwrap();
}

但请注意它仍然完全没有竞争，因为一旦创建了第二个线程，第一个线程就失去了对唯一可变引用的访问权限。

如果创建可变变量和可变引用并在单独的线程中更改其中之一，Rust 会发生什么？

What will happen in Rust if create mutable variable and mutable reference and change one of them in separate thread?

concurrency

ownership

rust