rust AtomicUsize and Mutex

2025-05-03

AtomicUsize vs Mutex 用于索引管理对比

在 Rust 中，如果需要在多个线程或函数中安全地轮询一个索引值（如发送邮件时轮询多个邮箱账号），可以使用 AtomicUsize 或 Mutex<usize> 实现。以下是对这两者的详细对比、原理分析和示例演示，便于查阅。

一句话总结区别

项目	`AtomicUsize`	`Mutex<usize>`
原理	原子操作（无锁，CPU 支持）	加锁（线程阻塞式）
开销	极低，适合频繁读写	相对更大，涉及线程调度
并发访问	不阻塞，立即完成	同时只能有一个线程访问
适合场景	计数器、自增器、索引轮询等	多字段结构/复杂数据
用法复杂度	稍复杂，需要指定内存一致性顺序	简单，直接 `.lock().unwrap()`

模拟数据代入：轮询账号索引

假设有账号数组如下：

let accounts = ["a1", "a2", "a3"];

模拟连续调用 3 次 send_email() 函数，比较 AtomicUsize 与 Mutex<usize> 的行为差异。

✅ 使用 AtomicUsize

static ACCOUNT_INDEX: AtomicUsize = AtomicUsize::new(1);

每次调用：

let index = ACCOUNT_INDEX.fetch_add(1, Ordering::Relaxed) % 3;

执行流程：

调用次数	`ACCOUNT_INDEX` 值	`index`	使用账号
第一次	1 → 2	1	accounts[1]
第二次	2 → 3	2	accounts[2]
第三次	3 → 4	0	accounts[0]

特点：

线程安全
无需加锁
高性能，适合频繁调用

🛑 使用 Mutex

static ACCOUNT_INDEX: Mutex<usize> = Mutex::new(1);

每次调用：

let mut guard = ACCOUNT_INDEX.lock().unwrap();
let index = *guard;
*guard = (index + 1) % 3;

执行流程：

调用次数	进入锁前 `*guard`	`index`	使用账号
第一次	1	1	accounts[1]
第二次	2	2	accounts[2]
第三次	0	0	accounts[0]

特点：

正确但有锁
每次都要阻塞并等待锁释放
并发下可能产生性能瓶颈

底层原理简图

AtomicUsize (无锁)
   ┌────────────┐
   │ CPU Cache  │
   │ 原子加操作 │
   └────┬───────┘
        ▼
   内存直接修改
   非阻塞，适合频繁写

Mutex<usize> (有锁)
   ┌─────────────┐
   │ 线程A 加锁   │
   │ 访问变量     │
   └────┬────────┘
        │
   ┌────▼─────┐
   │ 线程B 等待│
   └──────────┘
   一次只允许一个线程进入

选择建议总结

场景	推荐方案
频繁自增索引、计数器、轮询	`AtomicUsize ✅`
需要锁住结构体多个字段更新	`Mutex ✅`
单线程程序	`Cell/RefCell` 更轻量
不清楚是否并发	`Mutex` 更保守安全

示例推荐：`AtomicUsize` 轮询账号

static ACCOUNT_INDEX: Lazy<AtomicUsize> = Lazy::new(|| {
    let init = rand::thread_rng().gen_range(0..ACCOUNTS.len());
    AtomicUsize::new(init)
});

let index = ACCOUNT_INDEX.fetch_add(1, Ordering::Relaxed) % ACCOUNTS.len();
let account = &ACCOUNTS[index];

总结

AtomicUsize 非常适合处理简单数值的高性能并发修改
Mutex 更适合锁住复合结构体的完整访问
如果你只是在 CLI 工具中轮询账号，推荐使用 AtomicUsize

原子计数，每分钟输出日志

static LOG_COUNTER: AtomicUsize = AtomicUsize::new(0);

fn check_close_condition(...) -> Result<bool, BinanceError> {
    let count = LOG_COUNTER.fetch_add(1, Ordering::Relaxed);
    if count % 6 == 0 {
        info!("...");
    }
    ...
}