Module std::sync

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;
    }
}

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 A 或 B 之前已被移至 as if。

• 可以删除 A + B 到 A 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

• atomic
  原子类型
• mpsc
  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。
• Arc
  线程安全的引用计数指针。Arc 代表原子引用计数。
• Barrier
  屏障使多个线程能够同步某些计算的开始。
• BarrierWaitResult
  当 Barrier 中的所有线程都汇合时，Barrier::wait() 将返回 BarrierWaitResult。
• Condvar
  条件变量
• Mutex
  互斥原语可用于保护共享数据
• MutexGuard
  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。
• Once
  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。
• OnceLock
  只能写入一次的同步原语。
• OnceState
  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。
• PoisonError
  一种错误类型，每当获取锁时都可以返回该错误。
• RwLock
  reader-writer 锁
• RwLockReadGuard
  RAII 结构，用于在丢弃锁时释放锁的共享读取访问。
• RwLockWriteGuard
  RAII 结构，用于在锁被丢弃时释放对锁的独占写访问。
• WaitTimeoutResult
  指示是否因超时而返回的条件变量的定时等待的类型。
• Weak
  Weak 是 Arc 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

• TryLockError
  枚举可能与 TryLockResult 相关的错误，这些错误可能是从 Mutex 上的 try_lock 方法或 RwLock 上的 try_read 和 try_write 方法获取锁时发生的。

Constants

• ONCE_INITDeprecated
  静态 Once 值的初始化值。

Type Definitions

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