無懼並行

能夠安全高效處理並行程式設計是 Rust 的另一像主要目標。並行程式設計(Concurrent programming)會讓程式的不同部分獨立執行,而平行程式設計(parallel programming)則是程式的不同部分同時執行。這些隨著電腦越能善用多處理器時也越顯得重要。歷史上,這種程式設計是很困難且容易出錯的,Rust 希望能改善這點。

起初 Rust 團隊認為確保記憶體安全與預防並行問題是兩個分別的問題,要用不同的解決方案。隨著時間過去,團隊發現所有權與型別系統同時是管理記憶體安全以及並行問題的強大工具!透過藉助所有權與型別檢查,許多並行錯誤在 Rust 中都是編譯時錯誤而非執行時錯誤。因此,你不用花大量時間嘗試重現編譯時並行錯誤出現時的特定情況,不正確的程式碼會在編譯時就被拒絕,並顯示錯誤解釋問題原因。這樣一來,你就可以在開發時就修正問題,而不用等到可能都部署到生產環境了才發現問題。我們稱呼這個 Rust 的特色為無懼並行(fearless concurrency)。無懼並行可以避免你寫出有微妙錯誤的程式碼,並能輕鬆重構,不用擔心產生新的程式錯誤。

注意:出於簡潔考量,我們將把許多問題歸類為並行,而不是精確地區分是並行與/或平行。如果本書是本專注在並行與/或平行的書,我們才會更在意用詞。至於本章節,當我們使用並行的詞彙時,請記得這代表 並行與/或平行

許多語言對於處理並行問題所提供的解決方案都很有特色。舉例來說,Erlang 有非常優雅的訊息傳遞並行功能,但跨執行緒共享狀態就只有比較隱晦的方法。只提供支援可能解決方案的子集對於高階語言來說是合理的策略,因為高階語言所承諾的效益來自於犧牲一些掌控以換取大量的抽象層面。然而,低階語言則預期會提供在任何給定場合中能有最佳效能的解決方案,而且對硬體的抽象較少。因此 Rust 提供了多種工具來針對適合你的場合與需求將問題定義出來。

本章節中我們會涵蓋這些主題:

  • 如何建立執行緒(threads)來同時執行多段程式碼
  • 訊息傳遞(Message-passing)並行提供通道(channels)在執行緒間傳遞訊息
  • 共享狀態(Shared-state)並行提供多執行緒可以存取同一位置的資料
  • SyncSend 特徵擴展 Rust 的並行保障至使用者定義的型別與標準函式庫的型別中