了解 Rust 中的线程安全 RwLock<Arc<T>> 机制
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【中文标题】了解 Rust 中的线程安全 RwLock<Arc<T>> 机制【英文标题】：Understanding a thread safe RwLock<Arc<T>> mechanism in Rust 【发布时间】：2021-10-18 18:04:46 【问题描述】：背景
我对 Rust（昨天开始）完全陌生，我正在努力确保我理解正确。我正在寻找为“游戏”编写一个配置系统，并希望它能够快速访问，但偶尔是可变的。首先，我想研究本地化，这似乎是静态配置的合理用例（因为我很欣赏这些东西通常不是“生锈”）。我想出了以下（工作）代码，部分基于this blog post（通过this question 找到）。我已将其包含在此处以供参考，但请暂时跳过它...
#[macro_export]
macro_rules! localize
(@single $($x:tt)*) => (());
(@count $($rest:expr),*) => (<[()]>::len(&[$(localize!(@single $rest)),*]));
($name:expr $(,)?) => LOCALES.lookup(&Config::current().language, $name) ;
($name:expr, $($key:expr => $value:expr,)+) => localize!(&Config::current().language, $name, $($key => $value),+) ;
($name:expr, $($key:expr => $value:expr),*) => ( localize!(&Config::current().language, $name, $($key => $value),+) );
($lang:expr, $name:expr $(,)?) => LOCALES.lookup($lang, $name) ;
($lang:expr, $name:expr, $($key:expr => $value:expr,)+) => localize!($lang, $name, $($key => $value),+) ;
($lang:expr, $name:expr, $($key:expr => $value:expr),*) => (
let _cap = localize!(@count $($key),*);
let mut _map : ::std::collections::HashMap<String, _> = ::std::collections::HashMap::with_capacity(_cap);
$(
let _ = _map.insert($key.into(), $value.into());
)*
LOCALES.lookup_with_args($lang, $name, &_map)
);
use fluent_templates::static_loader, Loader;
use std::sync::Arc, RwLock;
use unic_langid::langid, LanguageIdentifier;
static_loader!
static LOCALES =
locales: "./resources",
fallback_language: "en-US",
core_locales: "./resources/core.ftl",
// Removes unicode isolating marks around arguments, you typically
// should only set to false when testing.
customise: |bundle| bundle.set_use_isolating(false)
;
#[derive(Debug, Clone)]
struct Config
#[allow(dead_code)]
debug_mode: bool,
language: LanguageIdentifier,
#[allow(dead_code)]
impl Config
pub fn current() -> Arc<Config>
CURRENT_CONFIG.with(|c| c.read().unwrap().clone())
pub fn make_current(self)
CURRENT_CONFIG.with(|c| *c.write().unwrap() = Arc::new(self))
pub fn set_debug(debug_mode: bool)
CURRENT_CONFIG.with(|c|
let mut writer = c.write().unwrap();
if writer.debug_mode != debug_mode
let mut config = (*Arc::clone(&writer)).clone();
config.debug_mode = debug_mode;
*writer = Arc::new(config);
)
pub fn set_language(language: &str)
CURRENT_CONFIG.with(|c|
let l: LanguageIdentifier = language.parse().expect("Could not set language.");
let mut writer = c.write().unwrap();
if writer.language != l
let mut config = (*Arc::clone(&writer)).clone();
config.language = l;
*writer = Arc::new(config);
)
impl Default for Config
fn default() -> Self
Config
debug_mode: false,
language: langid!("en-US"),
thread_local!
static CURRENT_CONFIG: RwLock<Arc<Config>> = RwLock::new(Default::default());
fn main()
Config::set_language("en-GB");
println!("", localize!("apologize"));
为了简洁起见，我没有包括测试。我也欢迎对 localize 宏提供反馈（因为我不确定我是否做得对）。
问题
了解Arc克隆
但是，我的主要问题特别是关于这段代码（set_language 也有类似的例子）：
pub fn set_debug(debug_mode: bool)
CURRENT_CONFIG.with(|c|
let mut writer = c.write().unwrap();
if writer.debug_mode != debug_mode
let mut config = (*Arc::clone(&writer)).clone();
config.debug_mode = debug_mode;
*writer = Arc::new(config);
)
虽然这可行，但我想确保它是正确的方法。据我了解
-
获取配置 Arc 结构的写锁。
检查更改，如果更改：
在写入器上调用
Arc::clone()（在克隆之前，它会自动将DeRefMut 参数传递给Arc）。这实际上并没有“克隆”结构，而是增加了引用计数器（所以应该很快）？
呼叫Config::clone，因为步骤 3 包含在 (*...) 中 - 这是正确的方法吗？我的理解是确实现在克隆Config，生成一个可变的拥有实例，然后我可以对其进行修改。
改变新的配置设置新的debug_mode。
从这个拥有的Config 创建一个新的Arc<Config>。
更新静态 CURRENT_CONFIG。
将引用计数器释放给旧的Arc<Config>（如果当前没有其他内存在使用它，可能会释放内存）。
释放写锁。
如果我理解正确，那么在第 4 步中只会发生一次内存分配。对吗？第 4 步是解决此问题的正确方法吗？
了解性能影响
同样，这段代码：
LOCALES.lookup(&Config::current().language, $name)
正常使用应该很快，因为它使用了这个功能：
pub fn current() -> Arc<Config>
CURRENT_CONFIG.with(|c| c.read().unwrap().clone())
它获得一个指向当前配置的 ref-counted 指针，而不是实际复制它（clone() 应该像上面那样调用Arc::clone()），使用读锁（除非发生写入，否则速度很快）。
了解thread_local!宏的使用
如果一切都很好，那就太好了！但是，我被困在最后一段代码上：
thread_local!
static CURRENT_CONFIG: RwLock<Arc<Config>> = RwLock::new(Default::default());
这肯定是错的吗？为什么我们将 CURRENT_CONFIG 创建为 thread_local。我的理解（诚然来自其他语言，结合the limited docs）意味着当前正在执行的线程会有一个独特的版本，这是没有意义的，因为线程不能中断自己？通常我会期望一个真正静态的RwLock 跨多个线程共享？是我误解了什么还是original blog post 中的错误？
的确，下面的测试似乎证实了我的猜想：
#[test]
fn config_thread()
Config::set_language("en-GB");
assert_eq!(langid!("en-GB"), Config::current().language);
let tid = thread::current().id();
let new_thread =thread::spawn(move ||
assert_ne!(tid, thread::current().id());
assert_eq!(langid!("en-GB"), Config::current().language);
);
new_thread.join().unwrap();
Produces（证明配置不是跨线程共享的）：
thread '<unnamed>' panicked at 'assertion failed: `(left == right)`
left: `LanguageIdentifier language: Language(Some("en")), script: None, region: Some(Region("GB")), variants: None `,
right: `LanguageIdentifier language: Language(Some("en")), script: None, region: Some(Region("US")), variants: None `
【问题讨论】：
删除thread_local 似乎确实可以修复我的测试，包括确保Config 状态在线程之间共享并且可以安全更新，下面的完整代码（尽管使用了夜间构建中的最新SyncLazy：
full code is available here
(*Arc::clone(&writer)).clone() 看起来像 Arc 的不必要克隆 - writer.as_ref().clone() 应该在没有内部克隆的情况下达到相同的目的。虽然克隆Arc 与复制分配的类型相比便宜，但它不是免费的，因为它在操作原子计数器时涉及内存屏障。 （计数器在创建Arc 的临时克隆时更新一次，并在它被销毁时再次更新 - 这些无法优化掉，因为它们对其他线程可见，因此编译器必须生成这两种调整。）
谢谢@user4815162342，Arc::_as_ref() 是否正确增加了引用计数？
as_ref() 根本不增加引用计数。它为您提供了一个&T，它不允许超过分发它的Arc。您可以使用&T，在这种情况下调用T::clone()，而无需触及Arc 的引用计数。并且引用不能超过Arc 的事实保证了在您使用引用时对象不会被破坏。
【参考方案1】：
在我看来，您所指的博客文章部分不是很好。
你说得对，这里的 RwLock 是假的 - 它可以替换为 RefCell，因为它是线程本地的。
博客文章中这种方法的理由是站不住脚的：
但是，在前面的示例中，我们引入了内部可变性。想象一下，我们有多个线程在运行，所有线程都引用相同的配置，但其中一个会翻转一个标志。并发运行的代码现在不希望标志随机翻转会怎样？
RwLock 的全部意义在于，当对象被锁定以供读取时无法进行修改（即从RwLock::read() 返回的RwLockReadGuard 是活动的）。所以Arc<RwLock<Config>> 不会在读取锁被取出时让你的标志“随机翻转”。 （当然，如果您释放锁并再次获取它，并假设标志在此期间没有更改，这可能是一个问题。）
该部分也没有具体说明如何对配置进行更新。您需要一种机制来通知其他线程发生了配置更改（例如通道），并且线程本身必须使用新配置更新自己的线程局部变量。
最终，我只会认为该部分是不好的建议，而且肯定不适合初学者。
【讨论】：
我同意总体而言该博客非常笨拙且不完整。我认为对 OP 唯一需要提及的是，总的来说，这只是实现了一个非常基本的 RCU 模式。arc_swap 板条箱或多或少可以完全处理这个问题，而不需要重型锁。
谢谢@GManNickG，这看起来正是我需要的！
谢谢@[三十二上校]，这证实了我的怀疑。以上是关于了解 Rust 中的线程安全 RwLock<Arc<T>> 机制的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章