使用 Arc 和 Mutex 共享数据
安全地修改共享状态。
使用 Arc 和 Mutex 共享数据 是 CoddyKit 上的免费 Learn Rust Coding 课时。 这是第 3 节课，共 4 节。 你可以在下方免费阅读本课时的完整内容 — 然后在浏览器中使用内置代码编辑器和全天候 AI 导师进行实践。 这是 Learn Rust Coding 学习路径的一部分，你的进度在网页和 CoddyKit 应用中同步。 Learn Rust Coding 课程共包含 4 节课。
共享状态的必要性
有时，多个线程必须读取或更新同一份数据。将所有权移动给单个线程是不够的。
Rust 通过 Arc 提供跨线程的安全共享所有权，并通过 Mutex 提供安全的可变访问。二者结合后，就能实现共享的可变状态。
Arc：原子引用计数
Arc 表示原子引用计数。它类似于 Rc，但其计数器使用原子操作，因此在线程之间使用也是安全的。
克隆 Arc 不会复制数据，只会增加计数，并返回一个指向同一值的另一个句柄。
use std::sync::Arc;
fn main() {
let shared = Arc::new(vec![1, 2, 3]);
let clone = Arc::clone(&shared);
println!("{:?} {:?}", shared, clone);
}在线程之间共享 Arc
要共享只读数据，请为每个线程克隆一次 Arc，并将每个克隆值移动到对应线程中。所有线程都指向同一份分配的数据。
由于 Arc 实现了 Send 和 Sync，因此代码可以顺利编译。
use std::sync::Arc;
use std::thread;
fn main() {
let data = Arc::new(vec![10, 20, 30]);
let mut handles = vec![];
for i in 0..3 {
let d = Arc::clone(&data);
handles.push(thread::spawn(move || println!("{}", d[i])));
}
for h in handles { h.join().unwrap(); }
}Arc 本身只能提供只读访问
Arc 提供共享所有权，但对内部值只能提供共享的不可变访问。
您不能直接通过 Arc 修改数据，因为多个线程同时持有它时会发生竞争。您需要借助锁来实现内部可变性。
Mutex：互斥
Mutex 保护数据，使其在同一时间只能被一个线程访问。您可以调用 lock 来获取访问权限。
lock 返回一个 Result；解包后会得到一个智能指针守卫。其他线程会阻塞，直到该守卫被丢弃。
use std::sync::Mutex;
fn main() {
let m = Mutex::new(0);
{
let mut guard = m.lock().unwrap();
*guard += 5;
}
println!("{:?}", m);
}守卫与 RAII
lock 返回的值是一个 MutexGuard。您可以通过使用 * 解引用它来访问内部数据。
当守卫离开作用域时，锁会自动释放。这种 RAII 风格可以避免忘记解锁。
组合使用 Arc 和 Mutex
要在线程之间共享可变状态，请将 Mutex 包装在 Arc 中。Arc 负责共享所有权；Mutex 负责保护修改操作。
Arc<Mutex<T>> 这种模式是 Rust 中实现共享可变状态的标准方式。
use std::sync::{Arc, Mutex};
fn main() {
let counter = Arc::new(Mutex::new(0));
let c = Arc::clone(&counter);
*c.lock().unwrap() += 1;
println!("{}", *counter.lock().unwrap());
}共享计数器
这里有十个线程，每个线程都会将共享计数器加一。每个线程都会克隆 Arc、锁定 Mutex，然后加一。
由于锁会将访问操作串行化，最终总数始终恰好为十。
use std::sync::{Arc, Mutex};
use std::thread;
fn main() {
let counter = Arc::new(Mutex::new(0));
let mut handles = vec![];
for _ in 0..10 {
let c = Arc::clone(&counter);
handles.push(thread::spawn(move || {
*c.lock().unwrap() += 1;
}));
}
for h in handles { h.join().unwrap(); }
println!("{}", *counter.lock().unwrap());
}缩短临界区
持有锁期间执行的代码称为临界区。其他线程会在那里等待，因此临界区应尽可能短。
先加锁，执行最少的更新操作，然后释放锁。持有锁时应避免进行大量计算或输入输出操作。
use std::sync::Mutex;
fn main() {
let m = Mutex::new(Vec::new());
{
let mut v = m.lock().unwrap();
v.push(1);
} // lock released here
println!("{:?}", m.lock().unwrap());
}死锁与中毒
如果一个线程两次锁定同一个 Mutex，或者两个线程以相反的顺序锁定两个互斥锁，就可能发生死锁并永久挂起。
如果线程在持有锁时发生 panic，该 Mutex 就会中毒，之后调用 lock 会返回 Err。
使用 RwLock 支持多个读取者
当读取次数远多于写入次数时，RwLock 可能比 Mutex 更合适。它允许多个读取者并发访问，或允许一个写入者独占访问。
使用 read 进行共享访问，使用 write 进行独占访问。
use std::sync::RwLock;
fn main() {
let lock = RwLock::new(5);
{
let r = lock.read().unwrap();
println!("read {}", *r);
}
*lock.write().unwrap() += 1;
println!("{}", *lock.read().unwrap());
}快速检查
检验您对 Arc 和 Mutex 的理解。
回顾
您已经了解到，Arc 通过原子引用计数在线程之间共享所有权，但只能提供不可变访问。
Mutex 保护修改操作，并提供一个在被丢弃时释放锁的守卫。将二者组合为 Arc<Mutex<T>>，即可实现共享可变状态，同时要注意死锁和中毒问题。
接下来，您将 join 线程并收集它们的结果。
常见问题解答
「使用 Arc 和 Mutex 共享数据」课时是免费的吗？
是的 — 「使用 Arc 和 Mutex 共享数据」的完整文本可在网页上免费阅读。要进行交互式练习（内置代码编辑器和全天候 AI 导师）并解锁 Learn Rust Coding 课程的其余内容，请升级到 CoddyKit PRO。 Learn Rust Coding 课程共包含 4 节课。
「使用 Arc 和 Mutex 共享数据」这节课中我会学到什么？
安全地修改共享状态。 你通过在浏览器中直接运行的动手代码来练习 Learn Rust Coding，全天候 AI 导师会在你学习这节课的过程中回答你的问题。
学习 Learn Rust Coding 需要有经验吗？
无需任何先前经验。CoddyKit 上的 Learn Rust Coding 课程适合初学者到高级学习者，你可以从这里开始或从头开始，按照自己的节奏学习。 这是第 3 节课，共 4 节。
「使用 Arc 和 Mutex 共享数据」课时需要多长时间？
大多数 CoddyKit 课程大约需要 5–10 分钟。每节课都很精短且互动，所以你能稳步进步，并在网页和应用中从离开的地方继续。
我能在这节 Learn Rust Coding 课中编写并运行代码吗？
能。每节 Learn Rust Coding 课都包含内置代码编辑器，你可以在浏览器中直接编写并运行真实代码，并获得即时 AI 反馈 — 无需本地设置。