聊聊Rust的并发约束：Send和Sync

不知道你有没有好奇过，Rust是怎么控制并发安全的。为什么编译器在编译时就能发现一些并发安全的问题。

今天拿例子聊聊这背后Rust的两个并发约束trait：Sync和Send，看看它们是怎么控制并发安全的。

文章目录

• Send
• Sync

Send

先来看看下边代码，尝试将String类型的引用计数a（Rc<String>）移动到另一个线程中去，会发现编译器报错了。

use std::{rc::Rc, thread};
fn main() {
    let a = Rc::new(String::from("hello"));
    // 注意！这里move让闭包获取了a的所有权（Rc<String>）
    thread::spawn(move || {
        let b = a.clone();
        println!("b = {}", b);
    });
    // got error:
    // `Rc<String>` cannot be sent between threads safely
    // the trait `Send` is not implemented for `Rc<String>`
}

仔细观察编译器的报错和下边相关代码trait实现

impl<T: ?Sized> !Send for Rc<T> {}

pub fn spawn<F, T>(f: F) -> JoinHandle<T>
where
    F: FnOnce() -> T,
    F: Send + 'static,
    T: Send + 'static,

你会发现thread::spawn要求传入的闭包F必须实现Send，而Rc类型的a没有实现Send，所以编译器报错了。

我们知道Rc是引用计数，它为了性能没有实现原子操作的引用计数，如果在多个线程中共享，那么引用计数可能会出现计数错误，所以不能安全的跨线程共享。

那Send是干什么的呢？

Send是一个trait，它标记了实现它的类型可以安全的在线程间传递所有权。也就是可以安全的移动（move）其所有权。

Send trait是一个标记型（marker）的trait, 它没有实际方法，也不需要用户主动去实现，一般基本类型都实现了Send。而复合类型如果包含的所有成员都实现了Send，那么它也自动实现了Send。（后面的Sync也是这样的自动trait）

也就是说，需要并发中需要安全传递值都需要被标记实现Send，否则编译器会报错。

并发安全检查变成了trait bound检查，这样就能在编译时发现问题，而不是在运行时，是不是很巧妙！

Sync

再来看看下边代码，尝试将String类型的引用计数a（&Rc<String>）共享到一个线程中去，会发现编译器报错了。（注意没有移动，是共享）

use std::{rc::Rc, thread};

fn main() {
    let a = Rc::new(String::from("hello"));
    // 注意！这里没有用move，闭包获取的是a的引用（&Rc<String>）
    thread::spawn(|| {
        let b = a.clone();
        println!("b = {}", b);
    });
    // `Rc<String>` cannot be shared between threads safely
    // the trait `Sync` is not implemented for `Rc<String>`
    // required for `&Rc<String>` to implement `Send`
}

自然，Rc没有实现Sync，所有编译器报错了。

impl<T: ?Sized> !Sync for Rc<T> {}

Sync也是一个标记型trait，它标记了实现它的类型可以安全的在线程间共享访问。

所谓共享，其实就是可以安全的引用。而如果&T实现了Send（可安全移动），那么T就实现了Sync（可安全共享其的引用）。

也就是说，需要并发中需要安全引用（&T）都需要T被标记实现了Sync，否则编译器会报错。

又是一个巧妙的设计，通过trait bound检查了引用是否满足并发安全。

总结一下：

• Send标记了实现它的类型可以安全的在线程间传递所有权（move）。
• Sync标记了实现它的类型可以安全的在线程间共享引用（&T）。

最后推荐看看官方的这两篇文档来加深理解

• Extensible Concurrency with the Sync and Send Traits[1]
• Send and Sync[2]

参考资料

[1]

Extensible Concurrency with the Sync and Send Traits: https://doc.rust-lang.org/book/ch16-04-extensible-concurrency-sync-and-send.html

[2]

Send and Sync: https://doc.rust-lang.org/nomicon/send-and-sync.html

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