理念分析概述

在 Rust 中由于语言设计理念、安全、性能的多方面考虑，并没有采用 Go 语言大道至简的方式，而是选择了 多线程与 async/await 相结合

• 优点：可控性更强、性能更高
• 缺点：复杂度不低
• 使用复杂度换取可控性和性能

惯用写法有很多。系统程序员常用的设计理念如下

• 后台线程（background thread）：一个后台线程只负责一件事，而且 周期性“醒来”去做这件事
• 线程池（worker pool）：通过任务队列与客户端通信
• 管道（pipeline）：将数据从一个线程导入另一个线程，每个线程只做一小部分工作
• 数据并行（data parallelism）：假设（不管正确与否）整个计算机主要用于一项大型计算，这个大型计算进而又拆分成 n 个小任务，在 n 个线程上执行，希望所有 n 个机器的核心同时工作
• 同步对象海（sea of synchronized object）：多个线程拥有同一数据权限，使用基于互斥量等低级原语的临时锁方案避免争用
• 原子整数操作（atomic integer operation）：允许多核心通过以一个机器字大小的字段传递信息而实现通信

总结来说，主要 使用 Rust 线程 的 3 种方式

• 并行分叉-合并：线程的基本执行流程
• 管道：线程的通信（消息传递）
• 共享可修改状态：线程的同步

并行分叉–合并：线程执行流程

使用分叉–合并手段多线程处理文件。这个模式就叫作并行分叉–合并。分叉（ fork ）就是启动一个新线程，而合并（ join ）就是等待线程完成。并行分叉–合并有如下优点

• 非常简单。分叉–合并很容易实现，在 Rust 中也很容易正确处理
• 避免瓶颈。分叉–合并过程中不涉及给共享资源加锁。只有在任务结束后，一个线程才需要等待另一个线程。在执行任务期间，每个线程都可以自由运行。这样可以保证降低任务切换的开销
• 性能计算大致直观。在最好的情况下，启动 4 个线程可以只用四分之一时间完成任务
• 容易推断程序是否正确。只要线程之间是真正隔离的，分叉–合并程序就是确定性的

分叉–合并的主要缺点是要求工作单元隔离

管道（channel）：线程通信（消息传递）

管道（channel）是把值从一个线程发送到另一个线程的单向管道（发送值、接收值）。换句话说，它是一个线程安全的队列。下图中展示了通道的用法。通道与 Unix 中的管道有点类似，都是一端发送数据，另一端接收数据，而且这两端通常由不同的线程所有。但 Unix 管道发送的是字节，而通道发送的是 Rust 值。sender.send(item) 把一个值放进通道， receiver.recv() 则移除一个值。所有权也从发送线程转移到了接收线程。如果通道是空的， receiver.recv() 则会一直阻塞到有值发送

使用通道，线程可以通过传值实现通信。这是线程间协作的一种很简单的方式，无须使用锁或者共享内存。下图展示了一个 Unix 管道的示例，其中涉及的所有 3 个程序是完全可以同时运行的。Rust 通道比 Unix 管道快。发送值是转移而不是复制，而转移的值即使数据结构包含几兆数据也是很快的

Rust 通道是经过认真优化的，在刚创建通道时，Rust 使用的是“一次性”队列实现。如果只是用这个通道发送一个对象，那可以保证开销最小。如果发送第二个值，Rust则会切换到一个不同的队列实现。这个实现会从长远考虑，准备让通道传输很多值，同时又保持分配开销最小化。如果你选择克隆 Sender ，Rust 则必须回退到另一个实现，该实现可以保证多个线程同时发送值时的安全。不过即使是这3个实现中最慢的实现也是没有锁的队列，因此发送和接收值最多只是几个原子操作，涉及一次堆内存分配，外加转移自身。只有在队列为空且接收线程因此需要休眠时才需要系统调用。当然，此时经过通道的流量无论如何也不是最大的

共享可修改状态：线程同步

互斥量（或者叫锁）用于强制多线程依次访问特定的数据。互斥量的作用体现在以下几方面

• 防止数据争用，即避免多个线程并发读写同一块内存
• 即使没有数据争用，即使所有读写在程序中都是顺序执行，如果没有互斥量，不同线程的操作也可能以任意方式相互交错
• 互斥量支持通过 不变性（invariant）编程，即受保护数据由你负责初始化但由每个临界区来维护的规则