并发是很多编程语言避不开的一块主要内容，主打一个无畏并发的Rust自然也面临这样的挑战。Rust中的Mutex提供了强大的同步原语，确保共享数据的线程安全，这篇文章中，我们会探讨Mutex的使用，从基础的用法到一些高阶内容。

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1. Rust中的互斥锁

Mutex作为Rust中的一种互斥锁，它一次只允许一个线程访问共享资源。

• 提供了一种同步可变数据访问的机制，防止数据竞争、确保线程安全；

• 位于Rust标准库std::sync::Mutex中，支持对共享可变状态的安全并发访问。

• 互斥锁允许一个线程在访问共享数据时获取锁，而其他线程必须等待该线程释放锁后才能访问共享数据，从而确保数据的安全性和一致性。

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2. 基本用法体验

下面以使用Mutex保护共享数据为例演示Mutex的基础用法。

use std::{sync::Mutex, thread};
fn main() {
    let counter = Mutex::new(0);

    let handle = thread::spawn(move || {
        let mut value = counter.lock().unwrap();
        *value += 1;
    });

    handle.join().expect("thread panicked!");

    let value = counter.lock().unwrap();
    println!("Counter:{}", *value);
}

这段代码演示了Mutex的基本用法，但它是无法通过编译的，尽管如此，这里还是对上述代码进行解释一下：

1. let counter = Mutex::new(0);

   • 在这行代码中，创建了一个名为 counter 的 Mutex，其中包含一个整数值初始为 0。这个 Mutex 将用于保护共享的整数值，以确保线程安全访问。

2. let handle = thread::spawn(move || { ... });

   • 使用 thread::spawn 创建一个新线程，并在该线程中执行一个闭包。这个闭包中的内容将在新线程中运行。
   • move 关键字用于将 counter 的所有权转移给闭包，确保闭包可以在新线程中使用 counter。

3. let mut val = counter.lock().unwrap();

   • 在闭包中，通过调用 lock() 方法获取 counter 的锁，并使用 unwrap() 处理可能的锁获取失败的情况。这里的 val 是一个 MutexGuard，它允许我们安全地访问被 Mutex 保护的数据。

4. *val += 1;

   • 在获取了 counter 的锁之后，对共享数据进行递增操作。

5. handle.join().expect("thread panicked!");

   • 等待新线程执行完毕。join() 方法会阻塞当前线程，直到新线程执行完毕。
   • 如果新线程发生了 panic，expect() 方法会打印指定的错误信息。

6. let val = counter.lock().unwrap();

   • 在主线程中，再次获取 counter 的锁，以确保安全地访问共享数据。

7. println!("Counter:{}", *val);

   • 打印最终的共享数据值。

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那么问题来了，为什么无法通过编译：

• 在这段代码在编译阶段会出现 borrow of moved value 的错误，因为我们在 thread::spawn 的闭包中移动了 counter，而后又在闭包外部尝试再次使用它。

• 为了解决这个问题，我们需要使用 Arc (原子引用计数) 来在多线程之间安全地共享 counter。

use std::{
    sync::{Arc, Mutex},
    thread,
};
fn main() {
    let counter = Arc::new(Mutex::new(0));

    let counter_clone = Arc::clone(&counter);
    let handle = thread::spawn(move || {
        let mut value = counter_clone.lock().unwrap();
        *value += 1;
    });

    match handle.join() {
        Ok(_) => {
            let value = counter.lock().unwrap();
            println!("Counter: {}", *value);
        }
        Err(_) => {
            println!("Thread panicked!");
        }
    }
}

修复之后的代码中，使用了Arc对mutex进行了调整，通过使用 Arc 来创建一个引用计数的 Mutex，并在闭包中使用 Arc 的克隆。这样可以确保在多线程环境中安全地共享 counter，避免了 borrow of moved value 的问题。同时使用match表达式进一步对错误进行了处理。

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3. 多个锁的使用

有时，我们可能需要独立保护多个共享资源。 Rust 允许您使用多个锁来实现这一点：

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

fn main() {
    let cnt1 = Arc::new(Mutex::new(0));
    let cnt2 = Arc::new(Mutex::new(0));

    let cnt1_clone = Arc::clone(&cnt1);
    let handle1 = thread::spawn(move || {
        let mut value = cnt1_clone.lock().unwrap();
        *value += 1;
    });

    let cnt2_clone = Arc::clone(&cnt2);
    let handle2 = thread::spawn(move || {
        let mut value2 = cnt2_clone.lock().unwrap();
        *value2 += 1;
    });

    match handle1.join() {
        Ok(_) => {
            let value1 = cnt1.lock().unwrap();
            println!("cnt1:{}", *value1);
        }
        Err(_) => {
            println!("Thread panicked!");
        }
    }

    match handle2.join() {
        Ok(_) => {
            let value2 = cnt2.lock().unwrap();
            println!("cnt2:{}", *value2);
        }
        Err(_) => {
            println!("Thread panicked!");
        }
    }
}

这段代码演示了如何使用 Arc 和 Mutex 在 Rust 中实现多线程并发访问共享数据:

1. 首先，通过 use 关键字引入了需要使用的标准库中的一些模块，包括 Arc、Mutex 和 thread。

2. 在 main 函数中，创建了两个计数器 cnt1 和 cnt2，它们分别被包装在 Arc 和 Mutex 中。这样做是为了确保在多线程环境中安全地访问这两个计数器。

3. 使用 Arc::clone(&cnt1) 和 Arc::clone(&cnt2) 创建了两个 Arc 的克隆，分别赋值给 cnt1_clone 和 cnt2_clone。这样做是为了将计数器的所有权移动到新的线程中。

4. 通过 thread::spawn 创建了两个线程 handle1 和 handle2，分别对 cnt1_clone 和 cnt2_clone 所指向的计数器进行操作。在每个线程中，首先获取了计数器的锁，然后对计数器的值进行加一操作。

5. 使用 handle1.join() 和 handle2.join() 分别等待两个线程的执行结果。如果线程执行成功，就获取相应计数器的锁并打印计数器的值；如果线程执行失败（比如发生了 panic），则打印出相应的错误信息。

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