【Rust自学】16.2. 使用消息传递来跨线程传递数据

news2025/7/16 8:25:08

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16.2.1. 消息传递

有一种很流行而且能保证安全并发的技术(或者叫机制)叫做消息传递。在这种机制里,线程(或Actor)通过彼此间发送消息(数据)来进行通讯。

Go语言有一句名言是这么说的:Do not communicate by sharing memory; instead, share memory by communicating.(不要用共享内存来通信,要用通信来共享内存)

Go语言的并发机制体现了这种思想。Rust也提供了机遇消息传递的一种并发方式,具体的就是在Rust里实现就是使用Channel(标准库提供)。Go语言里也有Channel,思路差不多。

16.2.2. 理解Channel

可以将编程中的Channle想象为定向水道,例如小溪或河流。如果你把橡皮鸭之类的东西放入河中,它会顺流而下,到达水道的尽头。

通道有两部分:发送端接收端。发射端是将橡皮鸭放入河中的上游位置,接收端是橡皮鸭最终到达下游的位置。代码的一部分使用要发送的数据调用发送端上的方法,另一部分检查接收端是否有到达的消息。如果发送端或接收端其一掉线,则称通道已关闭。

具体的步骤:

  • 调用发送端的方法,发送数据
  • 接收端会检查和接收到达的数据
  • 如果发送端、接收端中的任意一端被丢弃了,那么Channel关闭了。

16.2.3. 创建channel

使用mpsc::channel函数来创建Channelmpsc表示multiple producer, single consumer(多个生产者、一个消费者),表示可以有多个发送端,但是只能有一个接收端。

调用这个函数返回一个元组(tuple,详见 3.3. 数据类型:复合类型),有两个元素,分别是发送端和接收端。

看个例子:

use std::sync::mpsc;
use std::thread;

fn main() {
    let (tx, rx) = mpsc::channel();

    thread::spawn(move || {
        let val = String::from("hi");
        tx.send(val).unwrap();
    });

    let received = rx.recv().unwrap();
    println!("Got: {received}");
}
  • 首先使用mpsc::channel函数来创建Channel,返回的元组使用模式匹配进行解构,分别用txrx表示发送端和接收端。

  • 接下来创建了一个线程,使用move关键字表示发送端tx的所有权被移至分线程内,线程必须拥有通道发送端的所有权才能往通道里发消息。
    使用send方法来发送消息,返回类型是Result类型,如果接收端被丢弃了那么返回值就是Err,反之就是Ok。在这里面就简单地使用unwrap进行错误处理即可,这样如果接收端被丢弃就会恐慌。

  • 接收端有两个方法来获取消息,这里使用了recv方法(recieve的简写)。它会一直阻塞这个线程,直到有消息被传入为止。
    消息被包裹在Result类型中,有消息就返回Ok,反之就是Err,一样使用unwrap简单地处理错误即可。

输出:

Got: hi

发送端send方法

send方法的参数是想要发送的数据,返回Result类型。如果有问题(例如接收端已经被丢弃)就会返回Err

接收端的方法

  • recv方法:阻止当前线程执行,直到Channel中有值传来,一旦收到值,就返回Result类型,如果发送端关闭了,就会收到Err

  • try_recv方法:不会阻塞当前线程执行,立即返回Result类型,有数据到达就是OK变体包裹着传过来的数据;否则就返回错误。
    通常是使用循环调用来检查try_recv的结果。一旦有消息来了就开始处理,如果没来,那么这时候也可以执行其他指令。

16.2.4. channel和所有权转移

所有权在消息传递中非常重要,它能帮你编写安全、并发的代码。

看个例子:

use std::sync::mpsc;
use std::thread;

fn main() {
    let (tx, rx) = mpsc::channel();

    thread::spawn(move || {
        let val = String::from("hi");
        tx.send(val).unwrap();
        println!("val is {val}");
    });

    let received = rx.recv().unwrap();
    println!("Got: {received}");
}

在刚才的代码上加了println!("val is {val}");这句话。把值传入send函数后想继续在线程里使用值。

输出:

$ cargo run
   Compiling message-passing v0.1.0 (file:///projects/message-passing)
error[E0382]: borrow of moved value: `val`
  --> src/main.rs:10:26
   |
8  |         let val = String::from("hi");
   |             --- move occurs because `val` has type `String`, which does not implement the `Copy` trait
9  |         tx.send(val).unwrap();
   |                 --- value moved here
10 |         println!("val is {val}");
   |                          ^^^^^ value borrowed here after move
   |
   = note: this error originates in the macro `$crate::format_args_nl` which comes from the expansion of the macro `println` (in Nightly builds, run with -Z macro-backtrace for more info)

For more information about this error, try `rustc --explain E0382`.
error: could not compile `message-passing` (bin "message-passing") due to 1 previous error

错误在于借用了已经移动值val。它的所有权已经在传入send时移交出去了,所以就会报错。

下一个例子通过发送多个值来观察接受者等待的过程:

use std::sync::mpsc;
use std::thread;
use std::time::Duration;

fn main() {
    let (tx, rx) = mpsc::channel();

    thread::spawn(move || {
        let vals = vec![
            String::from("hi"),
            String::from("from"),
            String::from("the"),
            String::from("thread"),
        ];

        for val in vals {
            tx.send(val).unwrap();
            thread::sleep(Duration::from_secs(1));
        }
    });

    for received in rx {
        println!("Got: {received}");
    }
}
  • 分线程以循环的方式发送Vector里的各个元素,每次发送完之后会暂停1秒
  • 主线程接收端被当了一个迭代器来使用(因为实现了iterator trait),这样就不需要显式调用recv函数了。每收到一个值就将它打印出来。当发送端执行完毕被丢弃时,Channel就关闭了,循环就不会继续。程序退出。

输出:

Got: hi
Got: from
Got: the
Got: thread

16.2.5. 通过克隆创建多个发送者

继续在上一个代码的基础上稍作修改:

use std::sync::mpsc;
use std::thread;
use std::time::Duration;

fn main(){
    let (tx, rx) = mpsc::channel();

    let tx1 = tx.clone();
    thread::spawn(move || {
        let vals = vec![
            String::from("hi"),
            String::from("from"),
            String::from("the"),
            String::from("thread"),
        ];

        for val in vals {
            tx1.send(val).unwrap();
            thread::sleep(Duration::from_secs(1));
        }
    });

    thread::spawn(move || {
        let vals = vec![
            String::from("more"),
            String::from("messages"),
            String::from("for"),
            String::from("you"),
        ];

        for val in vals {
            tx.send(val).unwrap();
            thread::sleep(Duration::from_secs(1));
        }
    });

    for received in rx {
        println!("Got: {received}");
    }
}

这里多了一个分线程,现在有2个分线程都想要给主线程发消息,所以就需要两个发送端。针对这种情况,只需要对代表发送端的变量tx使用clone方法即可,也就是原文的let tx1 = tx.clone();这一句。

输出:

Got: hi
Got: more
Got: from
Got: messages
Got: for
Got: the
Got: thread
Got: you

接收端收到的数据是交替出现的。

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