显式线程

生成短期线程

本实例使用 crossbeam crate 为并发和并行编程提供了数据结构和函数。Scope::spawn 生成一个新的作用域线程，该线程确保传入 crossbeam::scope 函数的闭包在返回之前终止，这意味着您可以从调用的函数中引用数据。

本实例将数组一分为二，并在不同的线程中并行计算。

fn main() {
    let arr = &[1, 25, -4, 10];
    let max = find_max(arr);
    assert_eq!(max, Some(25));
}

fn find_max(arr: &[i32]) -> Option<i32> {
    const THRESHOLD: usize = 2;
  
    if arr.len() <= THRESHOLD {
        return arr.iter().cloned().max();
    }

    let mid = arr.len() / 2;
    let (left, right) = arr.split_at(mid);
  
    crossbeam::scope(|s| {
        let thread_l = s.spawn(|_| find_max(left));
        let thread_r = s.spawn(|_| find_max(right));
  
        let max_l = thread_l.join().unwrap()?;
        let max_r = thread_r.join().unwrap()?;
  
        Some(max_l.max(max_r))
    }).unwrap()
}

创建并发的数据管道

下面的实例使用 crossbeam 和 crossbeam-channel 两个 crate 创建了一个并行的管道，与 ZeroMQ 指南 中所描述的类似：管道有一个数据源和一个数据接收器，数据在从源到接收器的过程中由两个工作线程并行处理。

我们使用容量由 crossbeam_channel::bounded 分配的有界信道。生产者必须在它自己的线程上，因为它产生的消息比工作线程处理它们的速度快（因为工作线程休眠了半秒）——这意味着生产者将在对 [crossbeam_channel::Sender::send] 调用时阻塞半秒，直到其中一个工作线程对信道中的数据处理完毕。也请注意，信道中的数据由最先接收它的任何工作线程调用，因此每个消息都传递给单个工作线程，而不是传递给两个工作线程。

通过迭代器 crossbeam_channel::Receiver::iter 方法从信道读取数据，这将会造成阻塞，要么等待新消息，要么直到信道关闭。因为信道是在 crossbeam::scope 范围内创建的，我们必须通过 drop 手动关闭它们，以防止整个程序阻塞工作线程的 for 循环。你可以将对 drop 的调用视作不再发送消息的信号。

extern crate crossbeam;
extern crate crossbeam_channel;

use std::thread;
use std::time::Duration;
use crossbeam_channel::bounded;

fn main() {
    let (snd1, rcv1) = bounded(1);
    let (snd2, rcv2) = bounded(1);
    let n_msgs = 4;
    let n_workers = 2;

    crossbeam::scope(|s| {
        // 生产者线程
        s.spawn(|_| {
            for i in 0..n_msgs {
                snd1.send(i).unwrap();
                println!("Source sent {}", i);
            }
            // 关闭信道 —— 这是退出的必要条件
            // for 巡海在工作线程中
            drop(snd1);
        });

        // 由 2 个县城并行处理
        for _ in 0..n_workers {
            // 从数据源发送数据到接收器，接收器接收数据
            let (sendr, recvr) = (snd2.clone(), rcv1.clone());
            // 在不同的线程中衍生工人
            s.spawn(move |_| {
            thread::sleep(Duration::from_millis(500));
                // 接收数据，直到信道关闭前
                for msg in recvr.iter() {
                    println!("Worker {:?} received {}.",
                             thread::current().id(), msg);
                    sendr.send(msg * 2).unwrap();
                }
            });
        }
        // 关闭信道，否则接收器不会关闭
        // 退出 for 循坏
        drop(snd2);

        // 接收器
        for msg in rcv2.iter() {
            println!("Sink received {}", msg);
        }
    }).unwrap();
}

在两个线程间传递数据

这个实例示范了在单生产者、单消费者（SPSC）环境中使用 crossbeam-channel。我们构建的生成短期线程实例中，使用 crossbeam::scope 和 Scope::spawn 来管理生产者线程。在两个线程之间，使用 crossbeam_channel::unbounded 信道交换数据，这意味着可存储消息的数量没有限制。生产者线程在消息之间休眠半秒。

use std::{thread, time};
use crossbeam_channel::unbounded;

fn main() {
    let (snd, rcv) = unbounded();
    let n_msgs = 5;
    crossbeam::scope(|s| {
        s.spawn(|_| {
            for i in 0..n_msgs {
                snd.send(i).unwrap();
                thread::sleep(time::Duration::from_millis(100));
            }
        });
    }).unwrap();
    for _ in 0..n_msgs {
        let msg = rcv.recv().unwrap();
        println!("Received {}", msg);
    }
}

保持全局可变状态

使用 lazy_static 声明全局状态。lazy_static 创建了一个全局可用的 static ref，它需要 Mutex 来允许变化（请参阅 RwLock）。在 Mutex 的包裹下，保证了状态不能被多个线程同时访问，从而防止出现争用情况。必须获取 MutexGuard，方可读取或更改存储在 Mutex 中的值。

use error_chain::error_chain;
use lazy_static::lazy_static;
use std::sync::Mutex;

error_chain!{ }

lazy_static! {
    static ref FRUIT: Mutex<Vec<String>> = Mutex::new(Vec::new());
}

fn insert(fruit: &str) -> Result<()> {
    let mut db = FRUIT.lock().map_err(|_| "Failed to acquire MutexGuard")?;
    db.push(fruit.to_string());
    Ok(())
}

fn main() -> Result<()> {
    insert("apple")?;
    insert("orange")?;
    insert("peach")?;
    {
        let db = FRUIT.lock().map_err(|_| "Failed to acquire MutexGuard")?;

        db.iter().enumerate().for_each(|(i, item)| println!("{}: {}", i, item));
    }
    insert("grape")?;
    Ok(())
}

对所有 iso 文件的 SHA256 值并发求和

下面的实例计算了当前目录中每个扩展名为 iso 的文件的 SHA256 哈希值。线程池生成的线程数与使用 num_cpus::get 获取的系统内核数相等。Walkdir::new 遍历当前目录，并调用 execute 来执行读取和计算 SHA256 哈希值的操作。

use walkdir::WalkDir;
use std::fs::File;
use std::io::{BufReader, Read, Error};
use std::path::Path;
use threadpool::ThreadPool;
use std::sync::mpsc::channel;
use ring::digest::{Context, Digest, SHA256};

// Verify the iso extension
fn is_iso(entry: &Path) -> bool {
    match entry.extension() {
        Some(e) if e.to_string_lossy().to_lowercase() == "iso" => true,
        _ => false,
    }
}

fn compute_digest<P: AsRef<Path>>(filepath: P) -> Result<(Digest, P), Error> {
    let mut buf_reader = BufReader::new(File::open(&filepath)?);
    let mut context = Context::new(&SHA256);
    let mut buffer = [0; 1024];

    loop {
        let count = buf_reader.read(&mut buffer)?;
        if count == 0 {
            break;
        }
        context.update(&buffer[..count]);
    }

    Ok((context.finish(), filepath))
}

fn main() -> Result<(), Error> {
    let pool = ThreadPool::new(num_cpus::get());

    let (tx, rx) = channel();

    for entry in WalkDir::new("/home/user/Downloads")
        .follow_links(true)
        .into_iter()
        .filter_map(|e| e.ok())
        .filter(|e| !e.path().is_dir() && is_iso(e.path())) {
            let path = entry.path().to_owned();
            let tx = tx.clone();
            pool.execute(move || {
                let digest = compute_digest(path);
                tx.send(digest).expect("Could not send data!");
            });
        }

    drop(tx);
    for t in rx.iter() {
        let (sha, path) = t?;
        println!("{:?} {:?}", sha, path);
    }
    Ok(())
}

将绘制分形的线程分派到线程池

此实例通过从朱莉娅集绘制分形来生成图像，该集合具有用于分布式计算的线程池。

使用 ImageBuffer::new 为指定宽度和高度的输出图像分配内存，Rgb::from_channels 信道则计算输出图像的 RGB 像素值。使用 ThreadPool 创建线程池，线程池中的线程数量和使用 num_cpus::get 获取的系统内核数相等。ThreadPool::execute 将每个像素作为单独的作业接收。

mpsc::channel 信道接收作业，Receiver::recv 接收器则检索作业。ImageBuffer::put_pixel 处理数据，设置像素颜色。最后，ImageBuffer::save 将图像存储为 output.png。

use error_chain::error_chain;
use std::sync::mpsc::{channel, RecvError};
use threadpool::ThreadPool;
use num::complex::Complex;
use image::{ImageBuffer, Pixel, Rgb};

error_chain! {
    foreign_links {
        MpscRecv(RecvError);
        Io(std::io::Error);
    }
}

// 将强度值转换为 RGB 值的函数
// 基于 http://www.efg2.com/Lab/ScienceAndEngineering/Spectra.htm
fn wavelength_to_rgb(wavelength: u32) -> Rgb<u8> {
    let wave = wavelength as f32;

    let (r, g, b) = match wavelength {
        380..=439 => ((440. - wave) / (440. - 380.), 0.0, 1.0),
        440..=489 => (0.0, (wave - 440.) / (490. - 440.), 1.0),
        490..=509 => (0.0, 1.0, (510. - wave) / (510. - 490.)),
        510..=579 => ((wave - 510.) / (580. - 510.), 1.0, 0.0),
        580..=644 => (1.0, (645. - wave) / (645. - 580.), 0.0),
        645..=780 => (1.0, 0.0, 0.0),
        _ => (0.0, 0.0, 0.0),
    };

    let factor = match wavelength {
        380..=419 => 0.3 + 0.7 * (wave - 380.) / (420. - 380.),
        701..=780 => 0.3 + 0.7 * (780. - wave) / (780. - 700.),
        _ => 1.0,
    };

    let (r, g, b) = (normalize(r, factor), normalize(g, factor), normalize(b, factor));
    Rgb::from_channels(r, g, b, 0)
}

// 将茱莉亚集距离映射为强度值
fn julia(c: Complex<f32>, x: u32, y: u32, width: u32, height: u32, max_iter: u32) -> u32 {
    let width = width as f32;
    let height = height as f32;

    let mut z = Complex {
        // scale and translate the point to image coordinates
        re: 3.0 * (x as f32 - 0.5 * width) / width,
        im: 2.0 * (y as f32 - 0.5 * height) / height,
    };

    let mut i = 0;
    for t in 0..max_iter {
        if z.norm() >= 2.0 {
            break;
        }
        z = z * z + c;
        i = t;
    }
    i
}

// 规格 RGB 颜色值范围内的强度值
fn normalize(color: f32, factor: f32) -> u8 {
    ((color * factor).powf(0.8) * 255.) as u8
}

fn main() -> Result<()> {
    let (width, height) = (1920, 1080);
    let mut img = ImageBuffer::new(width, height);
    let iterations = 300;

    let c = Complex::new(-0.8, 0.156);

    let pool = ThreadPool::new(num_cpus::get());
    let (tx, rx) = channel();

    for y in 0..height {
        let tx = tx.clone();
        pool.execute(move || for x in 0..width {
                         let i = julia(c, x, y, width, height, iterations);
                         let pixel = wavelength_to_rgb(380 + i * 400 / iterations);
                         tx.send((x, y, pixel)).expect("Could not send data!");
                     });
    }

    for _ in 0..(width * height) {
        let (x, y, pixel) = rx.recv()?;
        img.put_pixel(x, y, pixel);
    }
    let _ = img.save("output.png")?;
    Ok(())
}