Rust并发编程--消息传递

各种语言中在多线程间有多种方式可以共享、传递数据，Rust中最常用的方式就是通过消息传递或者将锁和Arc联合使用，而对于前者，在编程界还有一个大名鼎鼎的Actor线程模型为其背书，典型的有 Erlang 语言，还有 Go 语言中很经典的一句话：

Do not communicate by sharing memory; instead, share memory by communicating

而后者需要在多线程编程中，保证同步性，当你需要同时访问一个资源、控制不同线程的执行次序时，都需要使用到同步性。这个会在后面的介绍，先说一下消息如何在多线程传递。

// 多/单发送者，单接受者
// 标准库提供了通道std::sync::mpsc，其中mpsc是multiple producer, single consumer的缩写，代表了该通道支持多个发送者，但是只支持唯一的接收者。 
// 当然，支持多个发送者也意味着支持单个发送者，我们先来看看单发送者、单接收者的简单例子
use std::sync::mpsc::{self, Receiver, Sender};
use std::thread;
use std::time::Duration;

fn mpsc_demo() {
     // 创建一个消息通道, 返回一个元组：(发送者，接收者)
     let (tx, rx) = mpsc::channel();

     // 创建线程，并发送消息
     thread::spawn(move || {  // 使用move将tx的所有权转移到子线程的闭包
         // 发送一个数字1, send方法返回Result，通过unwrap进行快速错误处理
         tx.send(1).unwrap();
         tx.send(2).unwrap();  // 发几个接几个
 
         // 下面代码将报错，因为编译器自动推导出通道传递的值是i32类型，那么Option类型将产生不匹配错误
         // tx.send(Some(1)).unwrap()
     });
 
     // 在主线程中接收子线程发送的消息并输出，接收消息的操作rx.recv()会阻塞当前线程，直到读取到值，或者通道被关闭
     println!("receive {}", rx.recv().unwrap());  // 1
     println!("receive {}", rx.recv().unwrap());  // 2
    // println!("receive {:?}", rx.try_recv());  // 不阻塞，由于子线程的创建需要时间，因此println!和try_recv方法会先执行，而此时子线程的消息还未被发出。try_recv会尝试立即读取一次消息，因为消息没有发出，此次读取最终会报错
}

// 传递所有权数据
// - 若值的类型实现了Copy特征，则直接复制一份该值，然后传输过去，例如之前的i32类型
// - 若值没有实现Copy，则它的所有权会被转移给接收端，在发送端继续使用该值将报错
fn pass_owner() {
    let (tx, rx) = mpsc::channel();

    thread::spawn(move || {
        let s = String::from("我，飞走咯!");
        tx.send(s).unwrap();
        //println!("val is {}", s);
    });

    let received = rx.recv().unwrap();
    // String底层的字符串是存储在堆上，并没有实现Copy特征，当它被发送后，会将所有权从发送端的s转移给接收端的received，之后s将无法被使用
    println!("Got: {}", received);
}

// 上面讲的都是异步通道，无论接收者是否正在接收消息，消息发送者在发送消息时都不会阻塞。
// 下面说一下同步通道
// 与异步通道相反，同步通道发送消息是阻塞的，只有在消息被接收后才解除阻塞，例如
fn sync_chan() {
    let (tx, rx)= mpsc::sync_channel(0);  // 消息缓冲
    // 该值可以用来指定同步通道的消息缓存条数，当你设定为N时，发送者就可以无阻塞的往通道中发送N条消息，当消息缓冲队列满了后，新的消息发送将被阻塞

    let handle = thread::spawn(move || {
        println!("发送之前");
        tx.send(1).unwrap();
        println!("发送之后");
    });

    println!("睡眠之前");
    thread::sleep(Duration::from_secs(3));
    println!("睡眠之后");

    println!("receive {}", rx.recv().unwrap());
    handle.join().unwrap();
    // 睡眠之前
    // 发送之前
    // ···睡眠3秒
    // 睡眠之后
    // receive 1
    // 发送之后
}

// 关闭通道，所有发送者被drop或者所有接收者被drop后，通道会自动关闭。

// 传输多种数据类型的消息通道
// 一个消息通道只能传输一种类型的数据，如果你想要传输多种类型的数据，可以为每个类型创建一个通道，你也可以使用枚举类型来实现
fn send_enum() {
    enum Fruit {
        Apple(u8),
        Orange(String)
    }

    let (tx, rx): (Sender, Receiver) = mpsc::channel();

    tx.send(Fruit::Orange("sweet".to_string())).unwrap();
    tx.send(Fruit::Apple(2)).unwrap();

    for _ in 0..2 {
        match rx.recv().unwrap() {
            Fruit::Apple(count) => println!("received {} apples", count),
            Fruit::Orange(flavor) => println!("received {} oranges", flavor),
        }
    }
}

// 容易掉进去的坑
fn drop_send() {
    let (send, recv) = mpsc::channel();
    let num_threads = 3;

    for i in 0..num_threads {  // 起3个线程发送消息
        let thread_send = send.clone();  // 由于每个send都进行了clone，导致原有的send没有被所有权转移，并drop
        thread::spawn(move || {
            thread_send.send(i).unwrap();
            println!("thread {:?} finished", i);
        });
    }

    // 在这里drop send...
    // 通道关闭的两个条件：发送者全部drop或接收者被drop
    drop(send);  // 自己没有被move掉

    for x in recv {
        println!("Got: {}", x);
    }
    println!("finished iterating");
}

fn main() {

    mpsc_demo();
    pass_owner();

    // for 循环接受和发送
    let (tx, rx) = mpsc::channel();
    let tx1 = tx.clone();  // 多发送者

    thread::spawn(move || {
        let vals = vec![
            String::from("hi"),
            String::from("from"),
            String::from("the"),
            String::from("thread"),
        ];

        for val in vals {
            tx.send(val).unwrap();
            thread::sleep(Duration::from_secs(1));
        }
    });

    thread::spawn(move || {
        tx1.send(String::from("hi from cloned tx")).unwrap();
    });
    //由于两个子线程谁先创建完成是未知的，因此哪条消息先发送也是未知的，最终主线程的输出顺序也不确定
    for received in rx {
        println!("Got: {}", received);
    }

    sync_chan();
    send_enum();
}


// 如果你需要 mpmc(多发送者，多接收者)或者需要更高的性能，可以考虑第三方库:
    // - crossbeam-channel, 老牌强库，功能较全，性能较强，之前是独立的库，但是后面合并到了crossbeam主仓库中
    // - flume, 官方给出的性能数据某些场景要比 crossbeam 更好些

本Rust问道系列文章都是基于学习《Rust圣经》文章而来，在此感谢