Arc<T>

本集目標

學會用 Arc<T> 在多個執行緒之間安全地共享資料。

概念說明

問題回顧

前面說了 Rc 不能跨執行緒，因為參考計數不是 atomic。但我們確實需要在多個執行緒之間共享資料——怎麼辦？

Arc：atomic reference counting

Arc<T> 就是把 Rc 的參考計數換成 atomic 操作的版本。atomic 操作保證即使多個執行緒同時修改計數器，也不會互相干擾。

用法跟 Rc 幾乎一樣：

use std::sync::Arc;

fn main() {
    let a = Arc::new(String::from("hello"));
    let b = Arc::clone(&a); // 增加計數，不複製資料
    println!("計數 = {}", Arc::strong_count(&a)); // 2
}

跨執行緒共享

把 Arc::clone 出來的東西 move 到另一個執行緒：

use std::sync::Arc;
use std::thread;

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

    let data_clone = Arc::clone(&data);
    let handle = thread::spawn(move || {
        println!("子執行緒：{:?}", data_clone);
    });

    println!("主執行緒：{:?}", data);
    handle.join().expect("執行緒發生錯誤");
}

T 必須是 Send + Sync

Arc 要求 T: Send + Sync。為什麼？

Sync：多個執行緒透過各自的 Arc 同時存取同一份 T。第五章學了 Deref——Arc 實作了 Deref，所以你可以透過 Arc 直接存取 T 的內容。這等於多個執行緒同時持有 T 的不可變參考，所以 T 必須是 Sync。

Send：最後一個 Arc 被 drop 的時候，T 也會被 drop。而哪個執行緒持有最後一個 Arc 是不確定的，所以 T 的 drop 可能發生在任何執行緒上——T 等於被「送」到那個執行緒去銷毀，所以 T 必須是 Send。

範例程式碼

use std::sync::Arc;
use std::thread;

fn main() {
    let data = Arc::new(vec![1, 2, 3, 4, 5]);

    let mut handles = vec![];

    for i in 0..3 {
        let data_clone = Arc::clone(&data);
        let handle = thread::spawn(move || {
            let sum: i32 = data_clone.iter().sum();
            println!("執行緒 {} 算出的總和：{}", i, sum);
        });
        handles.push(handle);
    }

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

    println!("最終計數 = {}", Arc::strong_count(&data)); // 1
}

重點整理

• Arc<T> 是 Rc<T> 的多執行緒版本，參考計數用 atomic 操作
• 用法跟 Rc 幾乎一樣：Arc::new()、Arc::clone()
• Arc::clone 後把 clone move 到其他執行緒，就能共享資料
• T 必須是 Send + Sync：Sync 因為多執行緒同時存取，Send 因為 drop 可能發生在任何執行緒