multithreading - 如何卡住 Rc 数据结构并跨线程发送它

Question

我的应用程序分为两个阶段:

1. 创建了一个大型数据结构，涉及大量临时对象并使用引用计数进行堆管理
2. 数据结构是只读的，任何仍然存在的东西都被停放，结果结构被发送到另一个线程以供读取。

(为了更加具体，应用程序是一个语言服务器，数据结构是处理单个文件的，这些文件是单线程处理的，但其结果必须跨线程传递。)

目前，我正在使用 Arc<T>管理数据结构，但由于阶段 1 很大且昂贵且是单线程的，我想将其切换为使用 Rc<T> .但是Rc既不是 Send也不Sync有充分的理由，我不能发送数据结构或对它的引用，除非基本上程序中的所有内容都使用线程安全原语。

我想推断在第 2 阶段开始后，我们不再需要引用计数；线程 1(所有者)不允许触及引用计数，线程 2(借用者)不允许克隆数据，只能查看它，因此它也不能触及引用计数。我知道 Rc不会提供这组保证，因为你可以克隆一个 Rc给定共享引用。这种模式有安全的 API 吗？理想情况下，从第 1 阶段转到第 2 阶段时，我不必复制任何数据。

这是一个玩具实现，只是为了向其中添加一些代码。函数phase1()在返回 T 类型的数据结构之前生成大量垃圾，然后在 phase2() 中以只读方式进行分析在另一个线程上。如果你改变 Arc在这段代码中 Rc ，你会得到一个错误，因为它不能跨线程发送。

use std::sync::Arc;
use crossbeam::thread::scope; // uses the crossbeam crate for scoped threads

enum T { Nil, More(Arc<T>) }

fn phase1() -> T {
    let mut r = T::Nil;
    for i in 0..=5000 {
        r = T::Nil;
        for _ in 0..i { r = T::More(Arc::new(r)) }
    }
    r
}

fn phase2(mut t: &T) {
    let mut n = 0;
    while let T::More(a) = t {
        n += 1;
        t = a;
    }
    println!("length = {}", n); // should return length = 5000
}

fn main() {
    let r = phase1();
    scope(|s| { s.spawn(|_| phase2(&r)); }).unwrap();
}

Answer 1

我不太清楚你在大局中想要完成什么。我的结论是，您不想仅仅为了数据结构可以在线程之间发送而使用 Arc，这只会发生一次。可以通过将类型包装在您手动实现 Send 的另一种类型中来实现。这真的非常不安全，因为编译器将无法防止竞争条件。

use std::rc::Rc;
use std::thread::spawn;

// Foo is not Send because it contains a Rc
struct Foo {
    bar: Rc<bool>,
}

// Foowrapper is forced to be Send
struct FooWrapper {
    foo: Foo,
}
unsafe impl Send for FooWrapper {}

fn main() {
    println!("Hello, 🦀");

    // We can't send a Foo...
    let foo = Foo {
        bar: Rc::new(false),
    };

    // This blows everything up, and there is no
    // protection by the compiler
    // let secret_bar = Rc::clone(&foo.bar);

    // ...but we can send a FooWrapper.
    // I hereby promise that I *know* Foo is in a
    // state which is safe to be sent! I really checked
    // and no future updates in the code will harm me, ever!
    let wrap = FooWrapper { foo };
    spawn(move || {
        // Unwrap the Foo.
        let foo: Foo = wrap.foo;
        println!("{:?}", foo.bar);
    })
    .join()
    .unwrap();
}

在上面的例子中，我们发送了一个包含Rc的数据结构，这不是Send。通过包装在 FooWrapper 中，它变成了 Send。然而，我们可以100% 确定，在 FooWrapper 被发送到另一个线程的那一刻，内部的 Foo 是可以安全发送。例如，如果主线程有 bar 之一的克隆(例如 let secret_bar = Rc::clone(&foo.bar);)并且持有它超出了发送的范围。这将允许两个线程不同步地丢弃它们的 bar 版本，从而破坏 Rc。