10.1.2 基础代码

译文 · 基于 The Rustonomicon

基础代码

原文链接: https://doc.rust-lang.org/nomicon/arc-mutex/arc-base.html

　　布局已定，来写 Arc 的基础代码。

构造 Arc

　　首先要有构造 Arc<T> 的方式。

　　这很简单：把 ArcInner<T> box 起来，得到指向它的 NonNull<T> 指针。

impl<T> Arc<T> {
    pub fn new(data: T) -> Arc<T> {
        // 引用计数从 1 开始，因为第一个引用就是当前指针。
        let boxed = Box::new(ArcInner {
            rc: AtomicUsize::new(1),
            data,
        });
        Arc {
            // 这里调用 `.unwrap()` 没问题，因为 `Box::into_raw`
            // 返回的指针保证非 null。
            ptr: NonNull::new(Box::into_raw(boxed)).unwrap(),
            phantom: PhantomData,
        }
    }
}

Send 与 Sync

　　我们在做并发原语，需要能跨线程发送。因此可实现 Send 与 Sync 标记 trait。更多信息见 Send 与 Sync 一节。

　　这样是合理的，因为：

• 仅当且仅当它是引用该数据的唯一 Arc 时（只在 Drop 中发生），才能拿到 Arc 内部值的可变引用
• 我们对共享可变引用计数使用原子操作

unsafe impl<T: Sync + Send> Send for Arc<T> {}
unsafe impl<T: Sync + Send> Sync for Arc<T> {}

　　需要 T: Sync + Send 边界，否则可能通过 Arc 跨线程边界共享线程不安全的值，导致数据竞争或不健全。

　　例如，若没有这些边界，Arc<Rc<u32>> 会是 Sync 或 Send，意味着可以把 Rc 从 Arc 里 clone 出来跨线程发送（而不创建全新的 Rc），而 Rc 不是线程安全的，会产生数据竞争。

获取 ArcInner

　　要把 NonNull<T> 解引用为 &T，可调用 NonNull::as_ref。这与典型的 as_ref 不同，是不安全的，必须这样写：

unsafe { self.ptr.as_ref() }

　　这段代码会多次出现（通常配合 let 绑定）。

　　这种不安全是合理的：只要这个 Arc 还活着，内部指针就有效。

Deref

　　好。现在能构造 Arc（很快也能正确 clone 和销毁），如何访问内部数据？

　　需要实现 Deref。

　　先导入 trait：

use std::ops::Deref;

　　实现如下：

impl<T> Deref for Arc<T> {
    type Target = T;

    fn deref(&self) -> &T {
        let inner = unsafe { self.ptr.as_ref() };
        &inner.data
    }
}

　　很简单：解引用 NonNull 到 ArcInner<T>，再取内部数据的引用。

代码

　　本节全部代码：

use std::ops::Deref;

impl<T> Arc<T> {
    pub fn new(data: T) -> Arc<T> {
        // 引用计数从 1 开始，因为第一个引用就是当前指针。
        let boxed = Box::new(ArcInner {
            rc: AtomicUsize::new(1),
            data,
        });
        Arc {
            // 这里调用 `.unwrap()` 没问题，因为 `Box::into_raw`
            // 返回的指针保证非 null。
            ptr: NonNull::new(Box::into_raw(boxed)).unwrap(),
            phantom: PhantomData,
        }
    }
}

unsafe impl<T: Sync + Send> Send for Arc<T> {}
unsafe impl<T: Sync + Send> Sync for Arc<T> {}


impl<T> Deref for Arc<T> {
    type Target = T;

    fn deref(&self) -> &T {
        let inner = unsafe { self.ptr.as_ref() };
        &inner.data
    }
}