如何将对堆栈变量的引用传递给线程？

Question

我正在编写一个 WebSocket 服务器，Web 客户端连接到该服务器以与多线程计算机 AI 下棋。 WebSocket 服务器想要将一个

Logger

对象传递给 AI 代码。

Logger

对象将通过管道将日志行从 AI 传输到 Web 客户端。

Logger

必须包含对客户端连接的引用。

我对生命周期如何与线程交互感到困惑。我用类型参数化的

Wrapper

结构重现了这个问题。

run_thread

函数尝试解包值并记录它。

use std::fmt::Debug;
use std::thread;

struct Wrapper<T: Debug> {
    val: T,
}

fn run_thread<T: Debug>(wrapper: Wrapper<T>) {
    let thr = thread::spawn(move || {
        println!("{:?}", wrapper.val);
    });

    thr.join();
}

fn main() {
    run_thread(Wrapper::<i32> { val: -1 });
}

wrapper

参数存在于堆栈中，它的生命周期不会超过

run_thread

的堆栈帧，即使线程将在堆栈帧结束之前加入。我可以从堆栈中复制值：

use std::fmt::Debug;
use std::thread;

struct Wrapper<T: Debug + Send> {
    val: T,
}

fn run_thread<T: Debug + Send + 'static>(wrapper: Wrapper<T>) {
    let thr = thread::spawn(move || {
        println!("{:?}", wrapper.val);
    });

    thr.join();
}

fn main() {
    run_thread(Wrapper::<i32> { val: -1 });
}

如果

T

是对我不想复制的大对象的引用，这将不起作用：

use std::fmt::Debug;
use std::thread;

struct Wrapper<T: Debug + Send> {
    val: T,
}

fn run_thread<T: Debug + Send + 'static>(wrapper: Wrapper<T>) {
    let thr = thread::spawn(move || {
        println!("{:?}", wrapper.val);
    });

    thr.join();
}

fn main() {
    let mut v = Vec::new();
    for i in 0..1000 {
        v.push(i);
    }

    run_thread(Wrapper { val: &v });
}

结果是：

error: `v` does not live long enough
  --> src/main.rs:22:32
   |
22 |     run_thread(Wrapper { val: &v });
   |                                ^ does not live long enough
23 | }
   | - borrowed value only lives until here
   |
   = note: borrowed value must be valid for the static lifetime...

我能想到的唯一解决方案是使用

Arc

.

use std::fmt::Debug;
use std::sync::Arc;
use std::thread;

struct Wrapper<T: Debug + Send + Sync + 'static> {
    arc_val: Arc<T>,
}

fn run_thread<T: Debug + Send + Sync + 'static>(wrapper: &Wrapper<T>) {
    let arc_val = wrapper.arc_val.clone();
    let thr = thread::spawn(move || {
        println!("{:?}", *arc_val);
    });

    thr.join();
}

fn main() {
    let mut v = Vec::new();
    for i in 0..1000 {
        v.push(i);
    }

    let w = Wrapper { arc_val: Arc::new(v) };
    run_thread(&w);

    println!("{}", (*w.arc_val)[0]);
}

在我的真实程序中，

Logger

和连接对象似乎都必须放在

Arc

包装器中。当代码在库内部并行化时，客户端需要将连接装在

Arc

中似乎很烦人。这特别烦人，因为连接的生命周期保证大于工作线程的生命周期。

我错过了什么吗？

Answer 1

标准库中的基础线程支持，允许创建的线程比创建它们的线程存活得更久；这是好事！但是，如果您要将对堆栈分配变量的引用传递给这些线程之一，则无法保证该变量在线程执行时仍然有效。在其他语言中，这将允许线程访问无效内存，从而产生一堆内存安全问题。

一个解决方案是作用域线程——保证在父线程退出之前退出的线程。这些可以确保父线程中的堆栈变量在线程的整个持续时间内都可用。

铁锈 1.63

std::thread::scope

在中断 7 年后返回稳定的 Rust（移除，返回）。

use std::{thread, time::Duration};

fn main() {
    let mut vec = vec![1, 2, 3, 4, 5];

    thread::scope(|scope| {
        for e in &mut vec {
            scope.spawn(move || {
                thread::sleep(Duration::from_secs(1));
                *e += 1;
            });
        }
    });

    println!("{:?}", vec);
}

早期的 Rust 版本或当您需要更多控制时

横梁

我们不局限于标准库；一个流行的范围线程板条箱是crossbeam：

use crossbeam; // 0.6.0
use std::{thread, time::Duration};

fn main() {
    let mut vec = vec![1, 2, 3, 4, 5];

    crossbeam::scope(|scope| {
        for e in &mut vec {
            scope.spawn(move |_| {
                thread::sleep(Duration::from_secs(1));
                *e += 1;
            });
        }
    })
    .expect("A child thread panicked");

    println!("{:?}", vec);
}

人造丝

还有像 rayon 这样的板条箱，它们抽象掉了“线程”的低级细节，但允许你实现你的目标：

use rayon::iter::{IntoParallelRefMutIterator, ParallelIterator}; // 1.0.3
use std::{thread, time::Duration};

fn main() {
    let mut vec = vec![1, 2, 3, 4, 5];

    vec.par_iter_mut().for_each(|e| {
        thread::sleep(Duration::from_secs(1));
        *e += 1;
    });

    println!("{:?}", vec);
}

关于例子

每个示例都会产生多个线程，并在没有锁定、没有

Arc

、没有克隆的情况下就地改变一个本地向量。请注意，突变有一个

sleep

调用来帮助验证调用是否并行发生。

您可以扩展示例以共享对实现

Sync

的任何类型的引用，例如

Mutex

或

Atomic*

。但是，使用这些会引入锁定。

---

当代码在库内部并行化

时，客户端需要将连接装箱在

Arc

中

也许你可以更好地隐藏你的并行性？您能否接受记录器，然后将其包裹在

Arc

/

Mutex

中，然后再将其交给您的线程？