21｜一夫当关，万夫莫开：互斥锁

鸟窝

你好，我是鸟窝。
这一节课，我们重点学习传统并发编程最常用的一个并发数据结构：互斥锁。
互斥锁（Mutex，全称 Mutual Exclusion Lock）是一种同步原语，用于保护共享资源，确保同一时刻只有一个线程（并发单元）可以访问该资源，其他线程必须等待锁释放后才能继续访问。
在多线程程序中，如果多个线程同时访问或修改同一份数据，可能会导致数据竞争（Data Race）和不一致（Inconsistent State）问题。互斥锁可以避免这些问题，保证：
同时只有一个线程访问关键数据。
其他线程必须等待当前持有锁的线程释放锁之后，才能获得访问权限。
互斥锁的基本用法互斥锁（Mutex） 是一种非常经典的并发原语，早在 C 和 C++ 中就已经广泛使用。
它的本质是：当一个线程访问临界区时，其他线程必须等待。也就是说，这个互斥锁会阻塞等待锁可用的线程。
下面是 Mutex 的一个简单例子：
use std::sync::{Arc, Mutex};
use std::thread;
fn main() {
    // 创建一个共享的计数器，包裹在Arc和Mutex中
    let counter = Arc::new(Mutex::new(0));
    // 准备多个线程，每个线程对计数器加1
    let mut handles = vec![];
    for _ in 0..5 {
        let counter = Arc::clone(&counter);
        let handle = thread::spawn(move || {
            let mut num = counter.lock().unwrap(); //获取锁
            *num += 1;
            println!("Thread incremented counter to: {}", *num);
        });
        handles.push(handle);
    }
    // 等待所有线程结束
    for handle in handles {
        handle.join().unwrap();
    }
    // 最终计数器的值
    println!("Final counter value: {}", *counter.lock().unwrap());
}

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解释
总结

1. 互斥锁（Mutex）是一种同步原语，用于保护共享资源，确保同一时刻只有一个线程可以访问该资源，其他线程必须等待锁释放后才能继续访问。 2. Rust中的Mutex = 互斥锁 + 数据保护 + 故障检测 + 自动恢复机制，远比传统语言的Mutex更“智能”，也更符合Rust“安全第一”的语言哲学。 3. 互斥锁的基本用法是在多线程程序中保护共享资源，避免数据竞争和不一致问题，通过lock方法获取锁，确保对数据的独占访问。 4. Mutex的try_lock方法尝试获取锁，如果无法获取则返回Err，不会阻塞，适用于需要非阻塞的情况。 5. Mutex的get_mut方法返回底层数据的可变引用，无需进行实际的锁定，可变借用静态地保证不存在锁。 6. Mutex的into_inner方法消费互斥锁，并返回底层数据，使得互斥锁本身不存在。 7. MutexGuard是互斥锁“作用域锁”的RAII实现，当被丢弃时，锁将被解锁。 8. 互斥锁的方法包括lock、try_lock、get_mut、into_inner等，提供了对底层数据的访问和操作。 9. 锁的开销包括获取和释放锁的性能开销，频繁的锁操作会降低程序性能，可以通过减少锁的粒度、使用更高效的同步机制和减少锁的竞争来减少锁的开销。 10. 互斥锁的核心作用是保护共享资源，确保在多线程环境下，同一时刻只有一个线程能够访问特定的数据，通过使用`std::sync::Mutex`，开发者可以有效地避免数据竞争和不一致性问题，这对于构建可靠的并发程序至关重要。

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