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#shared-ptr #reference-counting #pointers #cow #thread-safe #copy-on-write #atomically

arcow

原子引用计数写时复制的共享指针

作者 Solra Bizna

4 个稳定版本

1.1.1 2023年9月21日
1.1.0 2022年12月12日
1.0.1 2023年9月21日
1.0.0 2022年7月19日

#290 在 并发

每月 22 次下载
在 second-music-system 中使用

MIT/Apache

19KB
168 代码行

arcow

此 crate 提供了一个线程安全的、引用计数的指针，它使用写时复制语义来实现可变性。

我创建它是因为我不知道从 2015 年开始在标准 Rust 中就有的 Arc::make_mut 方法。我考虑过废弃它以支持标准解决方案，但有一些微小的优势可以勉强证明它是合理的

  • Arcow 比标准库中的 Arc::make_mut 更易于使用。（从缺点来说，更容易意外通过 Arcow 进行突变。）
  • Arcow 不支持弱引用，这使得它在运行时效率更高。

如何

创建一个 Arcow<T>。这就像一个可以廉价克隆的 T，可以像普通对象一样进行修改，即使 T 实际上克隆成本很高。你可以自由地将 Arcow<T> 的克隆发送到多个线程。

请注意，原子操作不是免费的；这就是为什么 Arcow 没有实现 Copy。只有当以下条件满足时，克隆 Arcow<T> 并将其发送到另一个线程才会比克隆 T 更便宜：

  1. T 很大（克隆成本高），并且
  2. Arcow<T> 的克隆中有相当一部分将在不进行突变的情况下被使用和消费。

为什么不

如果可能的话，您应该考虑使用 Cow<T>。如果您想要将突变传播到对同一底层 T 的其他引用，那么您根本不需要写时复制，您实际上想要做的是在 Mutex<T> 的包装中。

原因呢？

假设您正在实现一个游戏服务器。您跟踪多个游戏状态迭代，可能有很多，以允许保存、客户端预测和其他问题。您的大部分游戏状态都很简单，因此每个迭代只有一个单独的副本。但是，您的游戏发生在 Map 上，而这个 Map 通常大约有 64KiB。在总体规模上，这并不多，但它会迅速增加，将地图复制到每个新迭代的开销浪费了大量的 CPU 时间。您的自动测试尤其受到影响，因为它们几乎所有的空闲时间都在复制，而不是真正测试您的逻辑。

因此，您将 Map 包装在一个 Arc 中。现在，您已经用一个单一的原子操作替换了 64KiB 的副本。您拍拍自己的背，然后继续前进。

但问题是 Map 可以改变。

在绝大多数迭代中，Map 不会改变。但有时，有人会砍倒一棵树，或者建造一堵墙，或者铺路，当这样做时，这些更改将反映在 Map 中。如果您移除 Arc，这没有问题，因为每个迭代都有自己的地图副本来突变。但现在，您在每个迭代中都要复制整个 64KiB，尽管不到 1% 的迭代会随后突变地图。

Cow 对于这种情况不起作用，因为没有长期存在的“主副本”的地图，所有其他游戏状态都可以从中借用。没有特定的迭代可以信任这一点。旧迭代将随着它们不再相关而被修剪，新的迭代也不一定保留（例如，废弃的预测时间线）。

每当有变化时都克隆 Arc<Map> 是一个可行的解决方案，但如果有两个玩家在同一个时间单位砍倒一棵树怎么办？这是一个浪费的副本。然后还有这种情况，您是单玩家模式中客户端的内部服务器，只有一个相关的迭代...现在，每次更改都会复制 Map，尽管根本不超过一个引用！

因此，Arcow。它非常像一个简化的 Arc，但有一个额外的特性：它可以被突变。一个有生命的引用计数指针要么是唯一的，要么是共享的。如果您有一个唯一的 Arcow，突变很简单。 DerefMut 将返回对内部类型的可变引用。只要这个可变引用存在，您就不能再克隆 Arcow，因此唯一性得到保持。如果您有一个共享的 Arcow，DerefMut 将首先将您的 Arcow “分割”成原始共享值的唯一克隆，然后您就设置好了。

(*并不完全准确。你可以克隆当前可变借用的一个 Arcow，但你之后不能再通过这个借用进行修改。查看：)

# use arcow::Arcow;
// error[E0502]: cannot borrow `a` as immutable because it is also borrowed as mutable
   let mut a = Arcow::new(456);
   let borrowed = &mut *a;
//                      - mutable borrow occurs here
   *borrowed = 42;
   let b = a.clone();
//         ^^^^^^^^^ immutable borrow occurs here
   *borrowed = 47;
// --------- mutable borrow later used here

法律条款

Arcow 版权所有 2022, 2023 Solra Bizna，并许可以下任一：

任选其一。

除非你明确声明，否则任何你有意提交以包含在 Arcow 库中的贡献，如 Apache-2.0 许可协议中定义的，应按上述方式双重许可，不附加任何额外条款或条件。

无运行时依赖