Rust在Linux下的并发编程技巧

Rust在Linux下并发编程可结合标准库、异步运行时及第三方库，以下是关键技巧：

一、基础并发工具

• 线程创建与管理
  使用std::thread::spawn创建线程，通过join()等待线程结束，支持多核并行计算。

  use std::thread;
  let handle = thread::spawn(|| println!("Hello from thread!"));
  handle.join().unwrap();
  

• 共享数据同步

  • Arc+Mutex：跨线程共享可变数据，Arc提供原子引用计数，Mutex确保互斥访问。

    use std::sync::{Arc, Mutex};
    let counter = Arc::new(Mutex::new(0));
    let mut handles = vec![];
    for _ in 0..10 {
        let counter = Arc::clone(&counter);
        handles.push(thread::spawn(move || {
            let mut num = counter.lock().unwrap();
            *num += 1;
        }));
    }
    println!("Result: {}", *counter.lock().unwrap());
    

• 消息传递
  通过std::sync::mpsc实现线程间通信，避免共享状态。

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

二、异步编程模型

• async/await语法
  基于tokio或async-std运行时，实现非阻塞I/O操作，提升并发效率。

  use tokio::time::{sleep, Duration};
  #[tokio::main]
  async fn main() {
      tokio::spawn(async {
          sleep(Duration::from_secs(1)).await;
          println!("Async task completed");
      }).await.unwrap();
  }
  

• 异步任务调度
  使用tokio::spawn并发执行多个异步任务，支持多线程事件循环。

  #[tokio::main]
  async fn main() {
      let handles: Vec<_> = (0..5).map(|i| {
          tokio::spawn(async move {
              println!("Task {} started", i);
              sleep(Duration::from_secs(1)).await;
              println!("Task {} finished", i);
          })
      }).collect();
      for handle in handles {
          handle.await.unwrap();
      }
  }
  

三、高级并发技巧

• 无锁编程与原子操作
  使用std::sync::atomic模块（如AtomicUsize）实现低级无锁操作，减少锁竞争。

  use std::sync::atomic::{AtomicUsize, Ordering};
  let counter = AtomicUsize::new(0);
  counter.fetch_add(1, Ordering::SeqCst);
  

• 并发数据结构
  利用rayon库实现数据并行处理，适用于批量计算任务。

  use rayon::prelude::*;
  let sum: i32 = (0..100).into_par_iter().sum();
  

• 性能优化策略

  • 减少锁粒度：尽量缩短锁的持有时间，避免线程阻塞。
  • 批量处理I/O：对高频I/O操作采用批处理，降低系统调用开销。
  • 选择合适运行时：I/O密集型任务选tokio，CPU密集型任务可结合线程池。

四、工具与库推荐

• 标准库：std::thread、std::sync（基础并发原语）。
• 异步运行时：tokio（支持异步I/O和任务调度）、async-std。
• 第三方库：rayon（数据并行）、crossbeam（高级并发原语，如无锁队列）。

通过合理选择同步/异步模型、优化锁使用及利用并行工具，可在Linux下高效实现Rust并发程序。