RwLock<T>

本集目標

學會用 RwLock<T> 實現讀寫分離的鎖，以及和 Mutex 的比較。

概念說明

Mutex 的限制

Mutex 不管你要讀還是要寫，都要鎖住。但很多時候多個執行緒只是要讀資料——讀和讀之間不會衝突，全部鎖住太浪費了。

RwLock：讀寫分離

RwLock<T> 區分讀鎖和寫鎖：

• 讀鎖（.read().expect(...)）：多個執行緒可以同時持有讀鎖。
• 寫鎖（.write().expect(...)）：寫鎖是獨佔的，持有寫鎖時不能有任何讀鎖或其他寫鎖。

「多個讀者同時」這件事一條執行緒示範不出來，本集最後的範例程式碼會用三條執行緒跑給你看。這裡先看兩種鎖怎麼取得：

use std::sync::RwLock;

fn main() {
    let lock = RwLock::new(42);

    // 讀鎖：只能看
    {
        let r = lock.read().expect("讀鎖失敗");
        println!("讀到 {}", *r);
    } // r 在這裡 drop，讀鎖放掉

    // 寫鎖：獨佔，可以改
    {
        let mut w = lock.write().expect("寫鎖失敗");
        *w += 1;
    } // w 在這裡 drop，寫鎖放掉

    println!("現在是 {}", *lock.read().expect("讀鎖失敗"));
}

guard 的行為

讀鎖回傳 RwLockReadGuard，寫鎖回傳 RwLockWriteGuard。跟 MutexGuard 一樣，它們也是智慧指標——可以直接操作內容，drop 時自動放鎖。

一樣要注意 guard 不要活太久。

和 RefCell 的對照

不過有一個 RefCell 沒有的陷阱：RefCell 可以在同一條執行緒裡 borrow() 好幾次，但 RwLock 說的「多個讀者」指的是多條執行緒。同一條執行緒重複拿同一把 RwLock 的讀鎖，標準庫明說可能會 panic；在某些平台上還可能直接卡住。

Mutex vs RwLock

什麼時候用哪個？

• Mutex：簡單、開銷小。適合讀寫都頻繁，或鎖持有時間很短的場景。大部分情況下 Mutex 就夠了。
• RwLock：在讀遠多於寫的時候有優勢，因為多個讀者可以同時進行。但鎖本身的開銷比 Mutex 大，而且有寫者飢餓（writer starvation）的風險——如果讀者一直源源不斷，寫者可能永遠拿不到鎖。

範例程式碼

use std::sync::{Arc, RwLock};
use std::thread;

fn main() {
    let data = Arc::new(RwLock::new(vec![1, 2, 3]));

    let mut handles = vec![];

    // 啟動 3 個讀者
    for i in 0..3 {
        let data = Arc::clone(&data);
        let handle = thread::spawn(move || {
            let read_guard = data.read().expect("讀鎖失敗");
            println!("讀者 {}：{:?}", i, *read_guard);
            // 多個讀者可以同時持有讀鎖
        });
        handles.push(handle);
    }

    // 啟動 1 個寫者
    {
        let data = Arc::clone(&data);
        let handle = thread::spawn(move || {
            let mut write_guard = data.write().expect("寫鎖失敗");
            write_guard.push(4);
            println!("寫者：寫入完成，現在是 {:?}", *write_guard);
        });
        handles.push(handle);
    }

    for handle in handles {
        handle.join().expect("執行緒發生錯誤");
    }

    println!("最終結果：{:?}", *data.read().expect("讀鎖失敗"));
}

重點整理

• RwLock<T> 區分讀鎖和寫鎖：多條執行緒可以同時讀，寫者獨佔。
• .read().expect(...) 取得讀鎖，.write().expect(...) 取得寫鎖。
• guard 透過 Deref 操作內容，drop 時自動放鎖。
• 和 RefCell 的對照：RefCell 是單執行緒版本，RwLock 是多執行緒版本。
• 同一條執行緒不要重複拿同一把 RwLock 的讀鎖——那不是 RefCell 的 borrow()，可能 panic 或卡死。
• Mutex 簡單、開銷小，大部分情況夠用；RwLock 適合讀遠多於寫的場景，但開銷較大且有寫者飢餓的風險。