在这个POC（概念证明）中，我们将探索Rust语言如何处理竞争条件，并将其与C ，一种广泛使用的语言，但竞争的安全保障较少。
Rust 线程安全性：与 C 的比较线程安全：从 C 到 Rust 的数据竞争
指数线程用于将软件任务划分为可以并发执行的子任务。通过使用线程，我们获得了处理时间并更好地利用机器的资源，但这种竞争带来了挑战，例如竞争条件，这可能会产生数据的严重不一致。
线程是允许您同时处理任务的执行单元。我们可以将线程视为程序内独立的执行流，如下图所示：
此外，线程还可以用来实现并行性，即多个任务在不同的CPU核心上同时执行。这使得程序能够更好地利用可用的硬件，加快独立任务的执行速度。
C 中创建一个简单的系统：
int saldo = 1000;
void creditar(int valor) {
int tmp_saldo = saldo;
sleep(1); // Delay simulado
saldo += tmp_saldo + valor;
}
void debitar(int valor) {
int temp = saldo;
sleep(1); // Delay simulado
if (temp >= valor) {
saldo = temp - valor;
}
}
void* processar_transacao(void* arg) {
int valor = *(int*)arg;
if (valor > 0) {
creditar(valor);
} else {
debitar(abs(valor));
}
return NULL;
}
int main() {
int transactions[] = {100, -50, 200, -150, 300, -200, 150, -100, 50, -50};
int num_transactions = sizeof(transactions) / sizeof(transactions[0]);
pthread_t threads[num_transactions];
for (int i = 0; i < num_transactions; i++) {
pthread_create(&threads[i], NULL, processar_transacao, &transactions[i]); // Cria uma thread para cada transação
}
for (int i = 0; i < num_transactions; i++) {
pthread_join(threads[i], NULL); // Aguarda todas as threads terminarem
}
printf("Saldo final da conta: %d\n", saldo);
return 0;
}
多线程处理的环境时，我们所说的竞争条件可能会发生，当两个线程访问并修改相同的值时，我们就会出现竞争条件。出现此问题的原因是，由于调用之间的竞争，无法保证每个线程中访问的值的同步。
多次执行此代码时，最终余额会有所不同，因为线程同时访问和更改余额。
int saldo = 1000;
void creditar(int valor) {
int tmp_saldo = saldo;
sleep(1); // Delay simulado
saldo += tmp_saldo + valor;
}
void debitar(int valor) {
int temp = saldo;
sleep(1); // Delay simulado
if (temp >= valor) {
saldo = temp - valor;
}
}
void* processar_transacao(void* arg) {
int valor = *(int*)arg;
if (valor > 0) {
creditar(valor);
} else {
debitar(abs(valor));
}
return NULL;
}
int main() {
int transactions[] = {100, -50, 200, -150, 300, -200, 150, -100, 50, -50};
int num_transactions = sizeof(transactions) / sizeof(transactions[0]);
pthread_t threads[num_transactions];
for (int i = 0; i < num_transactions; i++) {
pthread_create(&threads[i], NULL, processar_transacao, &transactions[i]); // Cria uma thread para cada transação
}
for (int i = 0; i < num_transactions; i++) {
pthread_join(threads[i], NULL); // Aguarda todas as threads terminarem
}
printf("Saldo final da conta: %d\n", saldo);
return 0;
}
互斥体是一种同步原语，可确保一次只有一个线程可以访问共享资源。缩写词互斥体来自英文术语互斥，意思是“互斥”。
当一个线程获取互斥体时，任何其他尝试获取相同互斥体的线程都会被挂起，直到第一个线程释放互斥体。这可以防止两个或多个进程（线程）同时访问共享资源。
int saldo = 1000;
pthread_mutex_t saldo_mutex; // Mutex para proteger o saldo
void creditar(int valor) {
pthread_mutex_lock(&saldo_mutex); // Bloqueia o mutex
int tmp_saldo = saldo;
sleep(1); // Delay simulado
saldo = tmp_saldo + valor;
pthread_mutex_unlock(&saldo_mutex); // Libera o mutex
}
void debitar(int valor) {
pthread_mutex_lock(&saldo_mutex); // Bloqueia o mutex
int tmp_saldo = saldo;
sleep(1); // Delay simulado
if (tmp_saldo >= valor) {
saldo = tmp_saldo - valor;
}
pthread_mutex_unlock(&saldo_mutex); // Libera o mutex
}
将 Rust 视为一种不存在于数据竞赛中的语言并不高效，但我们可以理解 结构 及其编译器如何通过为内存和线程安全带来出色的功能来做出贡献。
Rust 使用 所有权、借用 和并发安全结构等功能，通过编译时保证来对待竞争条件：
不使用 Arc 和 Mutex 结构
Rust’s rich type system and ownership model guarantee memory-safety and thread-safety — enabling you to eliminate many classes of bugs at compile-time.
Rust 不允许在没有保护的情况下从多个线程直接访问可变数据（余额）。
编译器将生成错误，因为余额在没有安全机制的情况下被移动到多个线程（handle1 和 handle2）。
将显示的错误消息是：
fn main() {
let mut saldo = 1000; // saldo mutável, mas sem proteção
let handle1 = thread::spawn(move || {
saldo += 100; // erro: `saldo` é movido para esta thread sem proteção
});
let handle2 = thread::spawn(move || {
saldo -= 50; // erro: `saldo` é movido para esta thread sem proteção
});
handle1.join().unwrap();
handle2.join().unwrap();
}
使用 Mutex 和 Arc，我们能够编译并执行我们的代码，并解决了竞争条件问题。
error[E0382]: use of moved value: `saldo`
Mutex 和 RwLock 用于处理竞争条件，各自具有特定的优点：
互斥体：保证一个线程对资源的独占访问，阻止对其他线程的访问，直到该线程被释放。它简单而有效，但即使是读取也会阻塞资源，从而在读取密集的场景中效率较低。
RwLock：使用 .read() 允许多个同时读取，并使用 .write() 限制独占写入。它非常适合以读取为主的场景，因为它通过允许读取操作中的并行性来提高性能。
C 和 Rust 之间的比较突出了解决竞争条件的不同方法。 C 需要注意避免竞争条件错误，而 Rust 除了所有权模型之外还通过 Mutex、RwLock 和 Arc 等工具在编译时降低了这些风险。这不仅使代码更加安全，还通过避免无声错误减少了程序员的心理负担。
总之，Rust 将自己定位为开发竞争系统的绝佳选择，提供安全性和可靠性。
以上是Rust 线程安全性：与 C 的比较。的详细内容。更多信息请关注PHP中文网其他相关文章！
