Rust在Linux上的并发编程实践 - 问答

Rust在Linux上的并发编程可结合语言特性、标准库及第三方库实现，以下是关键实践：

一、基础并发模型

线程创建与管理
使用std::thread模块创建线程，通过Arc（原子引用计数）共享数据，Mutex或RwLock保护共享状态。

use std::sync::{Arc, Mutex};
use std::thread;
let counter = Arc::new(Mutex::new(0));
let handles: Vec<_> = (0..10).map(|_| {
    let counter = Arc::clone(&counter);
    thread::spawn(move || {
        let mut num = counter.lock().unwrap();
        *num += 1;
    })
}).collect();
handles.into_iter().for_each(|h| h.join().unwrap());
println!("Result: {}", *counter.lock().unwrap());

消息传递（避免共享状态）
通过std::sync::mpsc或crossbeam库实现多生产者-单消费者（MPSC）通道。

use std::sync::mpsc;
use std::thread;
let (tx, rx) = mpsc::channel();
thread::spawn(move || tx.send("Hello").unwrap());
println!("Received: {}", rx.recv().unwrap());

二、异步编程

async/await语法
基于Future trait，配合tokio或async-std运行时实现非阻塞I/O。

use tokio::net::TcpListener;
#[tokio::main]
async fn main() -> Result<(), Box<dyn std::error::Error>> {
    let listener = TcpListener::bind("127.0.0.1:8080").await?;
    loop {
        let (mut socket, _) = listener.accept().await?;
        tokio::spawn(async move {
            let mut buf = [0; 1024];
            if let Ok(n) = socket.read(&mut buf).await {
                socket.write_all(&buf[..n]).await.unwrap();
            }
        });
    }
}

三、并发数据结构与优化

并行计算
使用rayon库将顺序代码转换为并行处理，适用于数据并行场景。

use rayon::prelude::*;
let numbers = vec![1, 2, 3, 4, 5];
let sum: i32 = numbers.par_iter().sum();

性能优化技巧
- 避免锁竞争：使用细粒度锁或无锁数据结构（如crossbeam::queue）。
- 异步I/O：优先使用tokio的异步文件/网络操作，减少线程阻塞。
- 批处理与任务窃取：利用线程池的任务调度机制平衡负载。

四、常用库与工具

标准库：std::thread、std::sync（含Mutex/RwLock）、std::time（超时控制）。
第三方库：
- tokio/async-std：异步运行时，支持高并发网络和I/O。
- rayon：数据并行处理，简化并行代码编写。
- crossbeam：高级并发原语（如无锁队列、MPSC通道）。

五、注意事项

避免死锁：确保锁的获取与释放顺序一致，优先使用try_lock避免阻塞。
内存安全：利用Rust所有权系统避免数据竞争，异步代码中注意Pin和Future的生命周期。

通过以上方法，可在Linux上利用Rust构建高效、安全的并发程序，兼顾性能与可靠性。

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