使用 Mutex 实现线程安全的计数器

题目

使用 Mutex 实现线程安全的计数器

信息

• 类型：问答
• 难度：⭐

考点

线程创建, 共享数据保护, Mutex 基础使用

快速回答

实现线程安全计数器的核心步骤：

• 使用 Arc<Mutex<T>> 包装共享数据
• 通过 lock().unwrap() 获取互斥锁
• 在锁作用域内修改数据
• 使用 thread::spawn 创建线程

最终确保多个线程能安全地递增计数器。

解析

问题场景

在并发编程中，当多个线程需要修改同一份数据时，必须通过同步机制防止数据竞争。本题要求创建两个线程，各将共享计数器递增10次，最终结果应为20。

核心原理

Rust 通过所有权系统和类型系统保证并发安全：

• Mutex（互斥锁）：确保同一时间只有一个线程能访问数据
• Arc（原子引用计数）：允许在多线程间安全共享所有权
• 获取锁后返回 MutexGuard，实现：
  • 自动释放锁（Drop trait）
  • 提供数据的可变引用

代码实现

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

fn main() {
    // 创建线程安全的计数器
    let counter = Arc::new(Mutex::new(0));
    let mut handles = vec![];

    for _ in 0..2 {
        let counter = Arc::clone(&counter);
        let handle = thread::spawn(move || {
            for _ in 0..10 {
                // 获取锁并修改数据
                let mut num = counter.lock().unwrap();
                *num += 1;
            } // 锁在此自动释放
        });
        handles.push(handle);
    }

    for handle in handles {
        handle.join().unwrap();
    }

    // 验证结果
    println!("Final count: {}", *counter.lock().unwrap());
}

最佳实践

• 锁作用域最小化：在 {} 内完成操作后立即释放锁
• 错误处理：生产代码中应处理 lock() 的 Result 而非直接 unwrap()
• 避免死锁：不在持锁时调用可能阻塞的函数

常见错误

• 直接使用 Mutex 不加 Arc：Mutex 本身不实现 Clone，无法跨线程共享
• 忘记获取锁：直接修改数据会导致编译错误（所有权检查）
• 长期持锁：在循环内持锁执行耗时操作会降低并发性能

扩展知识

• RwLock：读写分离锁，适用于读多写少场景
• 原子类型：AtomicUsize 等适用于简单操作，无需显式锁
• 死锁预防：按固定顺序获取多个锁，或使用 try_lock