如何在 Rust 中的线程之间共享不可变数据？

Question

我正在使用 Rust 中的光线追踪器作为学习语言的一种方式，并且单线程版本运行良好。我想通过多线程来加速它，并且在 C/C++ 中对光线追踪器进行多线程处理相对容易，因为大多数共享的数据都是只读的（写入像素数据时会出现唯一的问题）。但是我在 Rust 及其所有权规则方面遇到了更多麻烦。

我有一个特征 Hittable: Send + Sync 可以在世界上受到影响的不同类型的事物（球体、网格），我将 Send 和 Sync 的实现留空，因为我实际上并不需要的任何一方。然后我有一个Vec<Box<dyn Hittable>> 类型的世界对象的vec。对于实际的多线程，我正在尝试这样的事情：

    let pixels_mutex: Arc<Mutex<Vec<Vec<(f64, f64, f64, u32)>>>> = Arc::new(Mutex::new(pixels));
    let vec_arc: Arc<Vec<Box<dyn Hittable>>> = Arc::new(vec);

    let mut thread_vec: Vec<thread::JoinHandle<()>> = Vec::new();

    for _ in 0..NUM_THREADS {
        let camera_clone = camera.clone();
        thread_vec.push(thread::spawn(move || {
            for r in 0..RAYS_PER_THREAD {
                if r % THREAD_UPDATE == 0 {
                    println!("Thread drawing ray {} of {} ({:.2}%)", r, RAYS_PER_THREAD, (r as f64 * 100.) / (RAYS_PER_THREAD as f64));
                }
                let u: f64 = util::rand();
                let v: f64 = util::rand();
                let ray = camera_clone.get_ray(u, v);
                let res = geometry::thread_safe_cast_ray(&ray, &vec_arc, MAX_DEPTH);
                let i = (u * IMAGE_WIDTH as f64).floor() as usize;
                let j = (v * IMAGE_HEIGHT as f64).floor() as usize;
                util::thread_safe_increment_color(&pixels_mutex, j, i, &res);
            }
        }));
    }

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

我已经实现了thread_safe_increment_color，这看起来不错，但我会推迟执行thread_safe_cast_ray，直到我让这个循环正常工作。我在这段代码中遇到的问题是每个线程都试图将vec_arc 移动到它的闭包中，这违反了所有权规则。我尝试像使用camera 一样克隆vec_arc，但编译器不会让我这样做，我认为这是因为我的Hittable 特征不需要Copy 或Clone 特征。我实现Hittable 的结构不能简单地derive(Copy, Clone)，因为它们包含Box<dyn Material>，其中Material 是表示对象材质的另一个特征。

我认为这会更容易，因为我知道大部分数据（pixels_mutex 除外）都是只读的。如何在我正在创建的线程之间共享vec_arc（就此而言，pixels_mutex）？

Answer 1

您应该克隆vec_arc，就像使用相机一样。因为它是一个Arc，所以克隆它很便宜并且不需要Vec 及其元素是可克隆的。您只需要确保克隆智能指针而不是向量，并使用相关函数：

let vec_arc = Arc::clone(&vec_arc);

另一种选择是使用scoped threads，在这种情况下你根本不需要使用Arc，你可以简单地使闭包成为非move并直接访问局部变量。您的代码将如下所示：

crossbeam::scope(|s| {
    for _ in 0..NUM_THREADS {
        let camera_clone = camera.clone();
        thread_vec.push(s.spawn(|_| {
            // your code here, using `vec` directly instead of `vec_arc`
            ...
        }).unwrap());
    }
}).unwrap();  // here threads are joined automatically