如何将堆栈变量的引用传递给线程？

Question

我正在编写一个 WebSocket 服务器，一个 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 Logger 对象传递给 AI 代码。 Logger 对象将把日志行从 AI 传送到 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。我用一个类型参数化的Wrapper 结构重现了这个问题。 run_thread 函数尝试解开该值并记录它。

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，并且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：

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]);
}

在我的实际程序中，似乎Logger 和连接对象都必须放在Arc 包装器中。当代码被并行化的库内部时，客户端需要将连接装箱Arc 似乎很烦人。这特别烦人，因为连接的生命周期肯定会比工作线程的生命周期长。

我错过了什么吗？

Answer 1

标准库中的线程支持允许创建的线程比创建它们的线程寿命更长；这是好事！但是，如果要将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。

幸运的是，我们并不局限于标准库。至少有两个 crate 提供 作用域线程——保证在某个作用域结束之前退出的线程。这些可以确保堆栈变量在线程的整个持续时间内都可用：

• crossbeam
• scoped-threadpool（旧版）

还有一些 crate 可以抽象出“线程”的低级细节，但可以让您实现目标：

• rayon

以下是每个示例。每个示例都生成多个线程并在没有锁定、没有Arc 和没有克隆的情况下改变一个本地向量。请注意，突变有一个sleep 调用，以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。

横梁

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

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);
}

当代码并行化在库内部时，客户端需要将连接装箱到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，然后将其包装在 Arc / Mutex 中，然后再将其交给您的线程？