如何返回對 Hashmap 中包裝在 Rust 中的 Arc 和 Mutex 中的值的引用？

Question

我在返回HashMap<String,String>中的值引用時遇到了一些麻煩，該引用由 Arc 和 Mutex 包裝以在線程之間共享。 代碼是這樣的：

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

struct Hey{
    a:Arc<Mutex<HashMap<String, String>>>
}


impl Hey {
    fn get(&self,key:&String)->&String{
        self.a.lock().unwrap().get(key).unwrap()
    }
}

如上所示，代碼編譯失敗，因為returns a value referencing data owned by the current function 。 我知道lock()返回 MutexGuard 這是一個局部變量。 但是我怎樣才能實現這種方法來獲得對 HashMap 中的值的引用。 如果我不能，那么 Rust 禁止這個的動機是什么？

Answer 1

讓我解釋一下為什么 rustc 認為你的代碼是錯誤的。

1. 只有當您鎖定了受 Mutex 保護的值時，您才能與它進行交互。
2. 由 RAII 警衛處理的鎖。

所以，我對你的代碼脫糖：

fn get(&self,key:&String)->&String{
   let lock = self.a.lock().unwrap();
   let reference = lock.get(key).unwrap();
   drop(lock); // release your lock
   // We return reference to data which doesn't protected by Mutex!
   // Someone can delete item from hashmap and you would read deleted data
   // Use-After-Free is UB so rustc forbid that
   return reference;
}

可能您需要使用Arcs作為值：

#[derive(Default)]
struct Hey{
    a:Arc<RwLock<HashMap<String, Arc<String>>>>
}
fn get(&self,key:&String)->Arc<String>{
    self.a.lock().unwrap().get(key).unwrap().clone()
}

PS 另外，您可以使用Arc<str> （我建議這樣做），這將使您免於額外的指針間接。 它可以從 String 構建： let arc: Arc<str> = my_string.into(); 或Arc::from(my_string)

Answer 2

您需要克隆 ARC 並將克隆 ARC 移動到另一個線程/任務。 您可以從克隆中鎖定和訪問它。 如果訪問次數多於寫入次數，我建議使用RwLock而不是 Mutex。

當您克隆 ARC 時，您不會克隆底層 object 只是 ARC。 同樣在您的情況下，您需要將結構包裝到 ARC 中或更改設計，因為應該克隆和移動 ARC

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我相信分享 object 的方法應該是通過守衛。 使用 RWLock 多個可以通過警衛讀取 map：

use async_std::task;
use std::sync::{Arc,RwLock, RwLockReadGuard, RwLockWriteGuard};
use std::collections::HashMap;

#[derive(Default)]
struct Hey{
    a:Arc<RwLock<HashMap<String, String>>>
}

impl Hey {      

    pub fn read(&self) -> RwLockReadGuard<'_, HashMap<String, String>> {
        self.a.read().unwrap()
    }

    
    pub fn write(&self) -> RwLockWriteGuard<'_, HashMap<String, String>> {
        self.a.write().unwrap()
    }    
}


fn main() {
    let h = Hey{..Default::default()};

    h.write().insert("k1".to_string(), "v1".to_string());
   
    println!("{:?}", h.read().get("k1"));
    task::block_on(async move {
        println!("{:?}", h.read().get("k1"));
    });

} 

Answer 3

TLDR；

因為，您做出了包裝數據的設計決定，即HashMap<String, String> in Arc<Mutex<..>>我假設您需要以線程安全的方式跨線程/任務共享這些數據。 這是此設計選擇的主要用例。

因此，我對今天閱讀本文的任何人的建議不是對這個問題的直接回答（返回參考），而是更改設計， get您使用.to_owned()方法返回擁有的數據.

fn get(&self, key: &String) -> String {
    let lock = self.a.lock().unwrap(); // #1 Returns MutexGuard
    let val = lock.get(key).unwrap();  
    val.to_owned()
}

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長表

在截斷的原始代碼中，實際上手頭有 2 個問題，盡管問題中只提到了 1 個。

1. 無法返回引用臨時值的值
2. 返回引用當前 function 擁有的數據的值

讓我們一個一個地深入挖掘其中的每一個。

第一個問題是告訴我們創建了臨時值，而返回值引用了它。

這里的臨時值是指MutexGuard 。 lock 方法不會返回對 HashMap 的引用，而是圍繞MutexGuard包裹的HashMap 。 .get()在 MutexGuard 上工作的原因是因為它實現DeRef::deref trait。 本質上，這意味着 MutexGuard 可以在需要時取消引用到它包裝的值。 當我們調用 `.get()

我們可以更好地理解它

fn deref<'a>(&'a self) -> &'a T

使用 Arc 和 Mutex 的整個想法是添加在多個線程之間安全地更新數據的能力。 這種線程安全性由Mutex提供，它在包裝數據上啟用鎖定機制，在您的情況下HashMap 。

正如@Abhijit-K 所指出的，引用鎖的 scope 之外的任何值都不是一個好的設計。 正如@Angelico 在帖子中很好地解釋的那樣，鎖被丟棄在 function 的 scope 內。 每當您通過它們時，您都需要將您的值帶入鎖中。

為什么返回參考不是一個好主意並且不受 rust 支持？

因為，當我們在 #1 處進行鎖定控制時，返回的值是當時值的快照。 假設有一種方法可以以某種方式返回引用，然后如果任何其他線程獲取鎖並更新值。 現在，這只能發生...