Ac和Rc实现1vN所有权机制

Rust 中 Rc 与 Arc 知识点总结

1. 核心概念

• 所有权问题：Rust 默认一个值只有一个所有者，但某些场景（如图结构、多线程）需要多所有权机制。 • 引用计数：通过记录数据的引用次数管理所有权，计数归零时自动释放数据。 • 智能指针类型： • Rc<T>：单线程下的引用计数智能指针，不可变借用。 • Arc<T>：原子化引用计数的多线程安全版本（Atomic Rc），支持跨线程共享数据。

2. 关键机制

• 引用计数操作： • Rc::clone(&a)：浅拷贝，仅增加引用计数（非数据深拷贝）。 • Rc::strong_count(&a)：获取当前强引用计数值。 • drop(a)：显式释放引用，计数减 1。 • 不可变性：Rc/Arc 本身不可变，需配合其他类型（如 RefCell、Mutex）实现内部可变性。

3. 使用场景

• 单线程共享数据（Rc<T>）：

use std::rc::Rc;
let a = Rc::new(String::from("hello"));
let b = Rc::clone(&a); // 引用计数 +1

• 多线程共享数据（Arc<T>）：

use std::sync::Arc;
let s = Arc::new(String::from("thread-safe"));
let handle = thread::spawn(move || println!("{}", s)); // 跨线程传递

4. 线程安全与性能

• Rc 的局限性：非原子操作引用计数，无法跨线程（未实现 Send trait）。 • Arc 的原子性：通过原子操作保证线程安全，但性能略低于 Rc。 • 错误示例：

// ❌ 错误：Rc 不能跨线程
let s = Rc::new("data");
thread::spawn(move || { println!("{}", s); });

5. 示例解析

• 解决多所有权问题：

use std::rc::Rc;
struct Owner { name: String }
struct Gadget { id: i32, owner: Rc<Owner> }

let owner = Rc::new(Owner { name: "Alice".into() });
let gadget1 = Gadget { id: 1, owner: Rc::clone(&owner) };
let gadget2 = Gadget { id: 2, owner: Rc::clone(&owner) };
// owner 数据被两个 Gadget 共享，计数为 3（包括初始创建）

• 跨线程共享：

use std::sync::Arc;
let s = Arc::new("shared");
for _ in 0..10 {
    let s = Arc::clone(&s);
    thread::spawn(move || println!("{}", s));
}

6. 配合可变性

• 内部可变性：需结合 RefCell（单线程）或 Mutex（多线程）：

// 单线程：Rc + RefCell
use std::rc::Rc;
use std::cell::RefCell;
let data = Rc::new(RefCell::new(42));
*data.borrow_mut() += 1;

// 多线程：Arc + Mutex
use std::sync::{Arc, Mutex};
let data = Arc::new(Mutex::new(42));
let handle = thread::spawn(move || {
    *data.lock().unwrap() += 1;
});

7. 核心区别

特性	`Rc<T>`	`Arc<T>`
线程安全	❌ 单线程	✅ 多线程
引用计数操作	非原子操作	原子操作
性能	更高	略低（原子操作开销）
模块路径	`std::rc::Rc`	`std::sync::Arc`

8. 总结

• 选择依据： • 单线程共享不可变数据 → Rc<T>。 • 多线程共享数据 → Arc<T>（常配合 Mutex 或 RwLock 修改数据）。 • 设计原则：优先考虑所有权和借用规则，仅在必要时使用引用计数，避免过度依赖导致复杂度上升。