Rust的并发模型以所有权系统为核心,通过编译时规则彻底消除数据竞争。其关键机制包括:
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(如std::thread::spawn中传递Vec时,所有权从主线程移至子线程,避免主线程后续误用);Arc(原子引用计数)实现多线程共享所有权,Mutex(互斥锁)或RwLock(读写锁)保护共享数据的修改权限(如Arc<Mutex<i32>>允许多个线程安全地递增计数器);Rust提供**std::thread模块支持原生线程创建与管理,线程为操作系统级线程,性能接近C++。通过move关键字可安全转移数据所有权至线程,避免数据竞争。此外,第三方库(如rayon)提供并行迭代器和线程池**,简化并行计算(如par_iter()方法自动将迭代任务分配至多个线程,提升数据处理效率)。
Rust鼓励**“无共享、通过消息传递”**的并发范式,核心工具为std::sync::mpsc(多生产者单消费者)通道。通过send/recv方法实现线程间通信,避免直接共享数据。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,天然避免数据竞争。通道的类型丰富,支持同步(sync_channel)与异步(mpsc::channel)模式,适配不同场景需求。
Rust的异步编程基于Future Trait(表示可能未完成的计算)和async/await语法,实现非阻塞并发。关键特点包括:
async函数编译后生成状态机,每个.await点对应一个状态,自动处理异步操作的暂停与恢复(如tokio::time::sleep的.await会挂起当前任务,待定时器触发后恢复);tokio、async-std)调度,运行时负责任务队列、I/O事件监听(通过epoll/kqueue)、定时器管理等(如tokio::spawn将任务提交至运行时,由运行时分配线程执行);async/await编译为状态机,无额外堆内存分配(如异步函数的局部变量存储在栈上),性能接近手动编写的Future代码。Rust的并发模型坚持**“零成本抽象”**原则,编译后的代码性能与手写C++相当。例如:
Mutex的加锁时间仅为35ns(Linux系统),比Python快200倍;async/await无运行时开销,异步任务的切换成本远低于线程(如tokio运行时的任务调度延迟低于1μs);Vec、String等容器的操作与手写C代码性能差异小于2%)。Rust拥有丰富的并发生态库,覆盖线程、异步、无锁编程等场景:
rayon库提供简单易用的并行迭代器,自动管理线程池,提升数据处理效率;tokio是目前最流行的异步运行时,支持高并发I/O(如HTTP服务器、数据库客户端),每秒可处理25万次请求;crossbeam库提供无锁队列、栈等,适用于高性能并发场景(如消息队列、缓存系统)。