Rust 中的共享循环引用

Question

我正在尝试实现一个非常幼稚的线程池模型。目前线程池的职责是：

• create一个新线程并返回对其的引用
• 维护已创建线程的映射
• 根据线程触发的不同事件来改变线程

我的主要问题是，上述要求迫使我让线程池保留一些HashMap<Id, Thread>线程，但也在创建线程时提供对线程的引用。

最重要的是，我需要能够从任何线程内部调用线程池的方法，从而有效地最终改变 1 个或多个线程（调用者和目标）。

这是一个非功能性的实现：

use std::collections::HashMap;
use std::cell::RefCell;

type Id = u32;
type ThreadPoolRef = RefCell<ThreadPool>;

#[derive(Debug)]
struct ThreadPool {
    pool: HashMap<Id, RefCell<Thread>>,
    id_count: Id
}

impl ThreadPool {
    fn new() -> ThreadPool {
        ThreadPool {
            pool: HashMap::new(),
            id_count: 1
        }
    }

    fn create(&mut self) -> &RefCell<Thread> {
        let thread: RefCell<Thread> =
            RefCell::new(
                Thread::new(self.id_count, RefCell::new(self))
            );
        self.id_count = self.id_count + 1;
        self.pool.insert(self.id_count, thread);
        self.pool.get(&self.id_count).unwrap()
    }
}

#[derive(Debug, Clone)]
struct Thread {
    id: Id,
    pool: ThreadPoolRef
}

impl Thread {
    fn new(id: Id, pool: ThreadPoolRef) -> Thread {
        Thread {
            id: id,
            pool: pool
        }
    }
}

fn main() {
    let thread_pool = ThreadPool::new();
    let thread1 = thread_pool.create();
    let thread2 = thread_pool.create();
    // The final goal is to call thread1.method()
    // that mutates thread1 and calls thread_pool.method2()
    // which in turn will call thread2.method3() that will effectively
    // mutate thread 2
}

铁锈游戏

我尝试了几件事，例如使用RefCell但我开始收到很多生命周期参数丢失错误。

这是一个精简版本，我希望它是最容易解释的。

Answer 1

我需要能够从任何线程内部调用线程池的方法

这就要求线程池数据采用互斥机制，比如Mutexor RwLock（RefCell不适合多线程情况，参见书籍）。此外，每个线程必须保留对线程池数据的引用，因为线程池存储线程，这会产生问题。为了解决这个问题，我们可以将线程池​​数据放在一个an中Arc，并在每个线程中存储Weak对它的引用。请注意，我们使用弱引用来避免引用循环。

这实际上最终会改变 1 个或多个线程（调用者和目标）。

这就要求线程数据采用互斥机制。为了最终确定需求，请注意，由于线程池数据位于 a 中Mutex，因此我们无法返回对线程的引用（这需要保持线程池数据锁定），因此我们还将线程数据放入 a 中Arc。

Mutex这是使用（Playground ）实现的示例：

use std::collections::HashMap;
use std::sync::{Arc, Weak, Mutex};

type Id = u32;

struct ThreadPool {
    inner: Arc<Mutex<ThreadPoolInner>>,
}

struct ThreadPoolInner {
    pool: HashMap<Id, Arc<Mutex<ThreadInner>>>,
    id_count: Id,
}

impl ThreadPool {
    fn new() -> ThreadPool {
        let inner = ThreadPoolInner {
            pool: HashMap::new(),
            id_count: 0,
        };
        ThreadPool { inner: Arc::new(Mutex::new(inner)) }
    }

    fn create(&self) -> Thread {
        let mut inner = self.inner.lock().unwrap();
        let thread = Thread {
            inner: Arc::new(Mutex::new(ThreadInner {
                id: inner.id_count,
                pool: Arc::downgrade(&self.inner),
            })),
        };
        inner.id_count += 1;
        let id = inner.id_count;
        inner.pool.insert(id, thread.inner.clone());
        thread
    }

    fn get(&self, id: Id) -> Option<Thread> {
        let inner = self.inner.lock().unwrap();
        inner.pool.get(&id).map(|t| Thread { inner: t.clone() })
    }

    fn some_mut_method(&self) {
        let _inner = self.inner.lock().unwrap();
        println!("something with pool");
    }
}

struct Thread {
    inner: Arc<Mutex<ThreadInner>>,
}

impl Thread {
    fn get_pool(&self) -> Option<ThreadPool> {
        let inner = self.inner.lock().unwrap();
        // pool is a weak reference, upgrate try to get an Arc from it
        inner.pool.upgrade().map(|inner| ThreadPool { inner: inner })
    }

    fn some_mut_method(&self) {
        if let Some(pool) = self.get_pool() {
            pool.some_mut_method();
            let _t2 = pool.get(2).unwrap();
            println!("something with t2");
        }
    }
}

#[derive(Clone)]
struct ThreadInner {
    id: Id,
    pool: Weak<Mutex<ThreadPoolInner>>,
}

fn main() {
    let pool = ThreadPool::new();
    let t1 = pool.create();
    let _t2 = pool.create();
    t1.some_mut_method();
}