multithreading - 如何使用 mpsc channel 在线程之间创建环形通信？

Question

我想生成 n 个线程，它们能够与环形拓扑中的其他线程进行通信，例如线程 0 可以向线程 1 发送消息，线程 1 向线程 2 发送消息，以此类推，线程 n 向线程 0 发送消息。

这是我想用 n=3 实现的示例:

use std::sync::mpsc::{self, Receiver, Sender};
use std::thread;

let (tx0, rx0): (Sender<i32>, Receiver<i32>) = mpsc::channel();
let (tx1, rx1): (Sender<i32>, Receiver<i32>) = mpsc::channel();
let (tx2, rx2): (Sender<i32>, Receiver<i32>) = mpsc::channel();

let child0 = thread::spawn(move || {
    tx0.send(0).unwrap();
    println!("thread 0 sent: 0");
    println!("thread 0 recv: {:?}", rx2.recv().unwrap());
});
let child1 = thread::spawn(move || {
    tx1.send(1).unwrap();
    println!("thread 1 sent: 1");
    println!("thread 1 recv: {:?}", rx0.recv().unwrap());
});
let child2 = thread::spawn(move || {
    tx2.send(2).unwrap();
    println!("thread 2 sent: 2");
    println!("thread 2 recv: {:?}", rx1.recv().unwrap());
});

child0.join();
child1.join();
child2.join();

在这里，我在循环中创建 channel ，将它们存储在一个向量中，重新排序发送者，将它们存储在一个新向量中，然后生成线程，每个线程都有自己的 Sender-Receiver(tx1/rx0、tx2/rx1 等)对。

const NTHREADS: usize = 8;

// create n channels
let channels: Vec<(Sender<i32>, Receiver<i32>)> =
    (0..NTHREADS).into_iter().map(|_| mpsc::channel()).collect();

// switch tupel entries for the senders to create ring topology
let mut channels_ring: Vec<(Sender<i32>, Receiver<i32>)> = (0..NTHREADS)
    .into_iter()
    .map(|i| {
        (
            channels[if i < channels.len() - 1 { i + 1 } else { 0 }].0,
            channels[i].1,
        )
    })
    .collect();

let mut children = Vec::new();
for i in 0..NTHREADS {
    let (tx, rx) = channels_ring.remove(i);

    let child = thread::spawn(move || {
        tx.send(i).unwrap();
        println!("thread {} sent: {}", i, i);
        println!("thread {} recv: {:?}", i, rx.recv().unwrap());
    });

    children.push(child);
}

for child in children {
    let _ = child.join();
}

这不起作用，因为无法复制 Sender 以创建新向量。 但是，如果我使用 refs (& Sender):

let mut channels_ring: Vec<(&Sender<i32>, Receiver<i32>)> = (0..NTHREADS)
    .into_iter()
    .map(|i| {
        (
            &channels[if i < channels.len() - 1 { i + 1 } else { 0 }].0,
            channels[i].1,
        )
    })
    .collect();

我无法生成线程，因为 std::sync::mpsc::Sender<i32>不能在线程之间安全地共享。

Answer 1

Senders 和 Receivers 不能共享，因此您需要将它们移动到各自的线程中。这意味着将它们从 Vec 中删除，或者在迭代时消耗 Vec - 向量不允许处于无效状态(有孔)，即使作为中间步。使用 into_iter 遍历向量将通过使用它们来实现。

您可以使用一个小技巧来让发送者和接收者在一个循环中配对，即创建两个向量；发送者之一和接收者之一；然后旋转一个，以便每个向量中的相同索引将为您提供所需的对。

use std::sync::mpsc::{self, Receiver, Sender};
use std::thread;

fn main() {
    const NTHREADS: usize = 8;

    // create n channels
    let (mut senders, receivers): (Vec<Sender<i32>>, Vec<Receiver<i32>>) =
        (0..NTHREADS).into_iter().map(|_| mpsc::channel()).unzip();

    // move the first sender to the back
    senders.rotate_left(1);

    let children: Vec<_> = senders
        .into_iter()
        .zip(receivers.into_iter())
        .enumerate()
        .map(|(i, (tx, rx))| {
            thread::spawn(move || {
                tx.send(i as i32).unwrap();
                println!("thread {} sent: {}", i, i);
                println!("thread {} recv: {:?}", i, rx.recv().unwrap());
            })
        })
        .collect();

    for child in children {
        let _ = child.join();
    }
}