Rust Atomics and Locks 阅读笔记 第二章 Atomics

1. 原子操作（atomic operations）是多线程实现的基石，互斥锁（mutex）和条件变量（condition variable）都是通过原子操作来实现；
2. std::sync::atomic包括了rust的内置原子操作类型（如AtomicI32, AtomicUsize等），大部分依赖于硬件架构和操作系统来实现，几乎所有的平台（platform）都提供了至少在指针（pointer）级别的原子类型；
3. 每个原子操作都有一个参数std::sync::atomic::Ordering，决定了我们想要这些原子操作内部进行的相对顺序，最宽松的顺序是Relaxed，在线程A里先对变量X做了写操作，然后迅速对变量Y做写操作，在Relaxed的顺序下，某线程B可能看到的顺序是先改变Y再改变X；
4. load(&self, ordering: Ordering), store(&self)的第一个参数表示是一个共享引用（shared reference）&T而不是互斥引用（exclusive reference）&mut T，但是仍然可以改变T的值；
5. Fetch-and-Modify操作把获取-更改作为一个原子操作，返回更改前的值；同时要注意fetch_add() 和 fetch_sub()实现了溢出行为（wrapping behaviour），具体实现详见Page37；
6. ！Page38给出了一个经典的move语义的编译器检查问题，for t in 0..4中t的生命周期与后面spawn的线程的生命周期的冲突问题，注意atomic类型没有实现Copy特征，但是实现了Sync，表示它的共享引用&T可以在多线程中传递；
7. ！Page41给出了一个生成唯一ID的用例，如何确保每次生成的ID唯一并且不溢出，第一个方案是当ID超过某个数字时使之Panic，通过assert，或者std::process::abort停掉该进程，第二个方案是同时用fetch_sub来减少ID的数值，第三个方案使用了compare-and-exchange操作；这里第一个方案正好是标准库中Arc::clone()用来处理borrow个数的方法，第二个方案是thread::scope用来处理一个scope中同时有多少个线程的ID的方法；
8. compare_exchange(&self, expected:i32, new:i32, success_order: Ordering, failure_order:: Ordering)的签名比较复杂，但是可以用来实现所有其他的原子操作，Page43给了一个用compare_exchange来实现fetch_add的实例；
9. 当ABA problem出现的时候，使用compare_exchange_weak()会更加有效，及时当前的值与expected相等，也有可能返回Err，这种情况是为了应对可能出现的欺骗性compare-and-exchange（也就是ABA问题，在load完成后的很短时间内，修改atomic的值后又修改回来，企图欺骗编译原值并没有变化，但实际上进行过变化）；
10. fetch_update()方法等同于load()之后使用一个loop计算更新值然后调用compare_exchange_weak来确保update的正确性，使用方法见Page45；
11. Page46给出了一个情景使用compare_exchange()比使用compare_exchnage_weak()更高效；
12. 使用std::sync::Once和std::sync::OnceLock可以解决单例中generate_random_key()耗时过长但又不想重复调用的场景，确保某个静态变量只会初始化一次；