Rust-MarkTrait-Send、Sync

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SendSync是 Rust 安全并发的重中之重,但是实际上它们只是标记特征(marker trait,该特征未定义任何行为,因此非常适合用于标记), 来看看它们的作用:

  • 实现Send的类型可以在线程间安全的传递其所有权
  • 实现Sync的类型可以在线程间安全的共享(通过引用)

这里还有一个潜在的依赖:一个类型要在线程间安全的共享的前提是,指向它的引用必须能在线程间传递。因为如果引用都不能被传递,我们就无法在多个线程间使用引用去访问同一个数据了。

由上可知,若类型 T 的引用&TSend,则TSync

实现SendSync的类型

在 Rust 中,几乎所有类型都默认实现了SendSync,而且由于这两个特征都是可自动派生的特征(通过derive派生),意味着一个复合类型(例如结构体), 只要它内部的所有成员都实现了Send或者Sync,那么它就自动实现了SendSync

正是因为以上规则,Rust 中绝大多数类型都实现了SendSync,除了以下几个(事实上不止这几个,只不过它们比较常见):

  • 裸指针两者都没实现,因为它本身就没有任何安全保证
  • UnsafeCell不是Sync,因此CellRefCell也不是
  • Rc两者都没实现(因为内部的引用计数器不是线程安全的)

当然,如果是自定义的复合类型,那没实现那哥俩的就较为常见了:只要复合类型中有一个成员不是SendSync,那么该复合类型也就不是SendSync

手动实现 Send 和 Sync 是不安全的,通常并不需要手动实现 Send 和 Sync trait,实现者需要使用unsafe小心维护并发安全保证。

为裸指针实现Send

复合类型中有一个成员没实现Send,该复合类型就不是Send,因此我们需要手动为它实现:

use std::thread;

#[derive(Debug)]
struct MyBox(*mut u8);
unsafe impl Send for MyBox {}
fn main() {
    let p = MyBox(5 as *mut u8);
    let t = thread::spawn(move || {
        println!("{:?}",p);
    });

    t.join().unwrap();
}

SendSyncunsafe特征,实现时需要用unsafe代码块包裹

为裸指针实现Sync

由于Sync是多线程间共享一个值,大家可能会想这么实现:

use std::thread;
fn main() {
    let v = 5;
    let t = thread::spawn(|| {
        println!("{:?}",&v);
    });

    t.join().unwrap();
}

关于这种用法,在多线程章节也提到过,线程如果直接去借用其它线程的变量,会报错:closure may outlive the current function,, 原因在于编译器无法确定主线程main和子线程t谁的生命周期更长,特别是当两个线程都是子线程时,没有任何人知道哪个子线程会先结束,包括编译器!

因此我们得配合Arc去使用:

use std::thread;
use std::sync::Arc;
use std::sync::Mutex;

#[derive(Debug)]
struct MyBox(*const u8);
unsafe impl Send for MyBox {}

fn main() {
    let b = &MyBox(5 as *const u8);
    let v = Arc::new(Mutex::new(b));
    let t = thread::spawn(move || {
        let _v1 =  v.lock().unwrap();
    });

    t.join().unwrap();
}

上面代码将智能指针v的所有权转移给新线程,同时v包含了一个引用类型b,当在新的线程中试图获取内部的引用时,会报错:

error[E0277]: `*const u8` cannot be shared between threads safely
--> src/main.rs:25:13
|
25  |     let t = thread::spawn(move || {
|             ^^^^^^^^^^^^^ `*const u8` cannot be shared between threads safely
|
= help: within `MyBox`, the trait `Sync` is not implemented for `*const u8`

因为我们访问的引用实际上还是对主线程中的数据的借用,转移进来的仅仅是外层的智能指针引用。要解决很简单,为MyBox实现Sync:

unsafe impl Sync for MyBox {}