Rust的所有权系统是其并发模型的核心,通过编译期检查彻底杜绝数据竞争。当线程间传递数据时,move关键字强制转移所有权,确保同一时间只有一个线程能访问数据;borrow规则(不可变借用/可变借用互斥)则限制共享数据的访问方式,编译器会直接拦截违反规则的操作(如同时存在可变和不可变借用)。这种机制从根源上避免了传统并发编程中常见的“悬垂指针”“双重释放”等问题,无需依赖运行时检查。
Rust标准库提供std::thread模块支持原生线程创建与管理,通过thread::spawn生成新线程,返回JoinHandle用于等待线程结束。为解决共享状态的安全访问问题,Rust提供Arc(原子引用计数)和Mutex(互斥锁)组合:Arc允许多个线程共享数据所有权(原子计数确保内存安全释放),Mutex确保同一时间只有一个线程能修改数据(通过lock()方法获取锁,失败时返回Err)。例如,多线程计数器的实现中,Arc<Mutex<i32>>既能共享数据,又能防止竞争。
Rust鼓励使用消息传递(Message Passing)替代共享状态,通过std::sync::mpsc模块提供多生产者单消费者(MPSC)通道。通道允许线程间通过send()发送消息、recv()接收消息,无需直接共享内存。例如,多个生产者线程向通道发送数据,单个消费者线程接收处理,这种方式天然避免了数据竞争,且符合“共享内存即并发”的反模式。
Rust的异步编程模型基于Future trait(代表未完成的计算)和async/await语法糖,通过tokio等运行时库实现高并发I/O操作。async关键字标记异步函数,返回Future;await关键字暂停当前任务,等待Future完成(非阻塞)。异步运行时(如tokio)通过事件循环(Event Loop)管理任务调度,支持数千个并发连接(如TCP服务器),且零成本抽象(无额外运行时开销)使其性能接近同步代码。
Rust提供多种线程安全的并发原语,如Mutex(互斥锁)、RwLock(读写锁)、Condvar(条件变量)、Barrier(屏障)等,均通过类型系统强制要求安全使用。例如,Mutex必须通过lock()获取锁,返回Result类型(失败时处理错误),避免忘记解锁;RwLock区分读锁(允许多个读者)和写锁(独占访问),适用于读多写少场景。这些原语均由编译器检查,确保正确使用。
Rust的并发模型与Linux内核的特性高度契合:
std::thread映射到Linux的pthread,tokio运行时利用Linux的epoll实现高效I/O多路复用;