并发与 async

这一课你将能做到

1. 用 std::thread 加 move 闭包跑并行任务，用 mpsc 通道回收结果
2. 用 Arc<Mutex<T>> 在多线程间共享可变状态
3. 理解 async/await 模型，用 tokio 写并发 IO 任务，知道线程与 async 的选型边界

为什么要学

Java 的并发模型（Thread、线程池、synchronized、CompletableFuture）你已熟悉，Rust 的对应物学起来很快，但有一张王牌：数据竞争在 Rust 里是编译错误。「 fearless concurrency」不是口号——Send/Sync 标记加借用检查，把 Java 里要靠 code review 才能发现的竞态提前到编译期。

场景上分两路：判题沙箱是 CPU 密集（多进程并行，std::thread 思路）；网关接口是 IO 密集高并发（async/await，tokio 运行时）。这一课两套都给足代码。

先建立图像

Java                          Rust
new Thread(...)         ↔     std::thread::spawn(|| ...)
ExecutorService         ↔     tokio::spawn（async 任务）rayon（CPU 并行）
BlockingQueue           ↔     std::sync::mpsc 通道
synchronized / Lock     ↔     Mutex<T>（锁与数据绑定）
AtomicInteger           ↔     AtomicU32 / fetch_add
CompletableFuture       ↔     Future + .await
虚拟线程 (Java 21)       ↔     tokio 轻量任务（微秒级切换）

Rust 特有的一条铁律先记下：闭包要用主线程的数据，必须 move 把所有权交出去——「共享」默认被禁止，共享可变性需要 Arc<Mutex> 显式申请。

跟着做

步骤 1：线程与 move 闭包

cargo new conc-demo
cd conc-demo

use std::thread;

fn main() {
    let cases = vec!["case-1".to_string(), "case-2".to_string(), "case-3".to_string()];

    let handles: Vec<_> = cases
        .into_iter()                       // 拿走 vec 所有权，逐个交给线程
        .map(|c| {
            thread::spawn(move || {        // move：把 c 的所有权搬进闭包
                format!("{c} 判定完成")     // 线程内独占使用，无竞态可能
            })
        })
        .collect();

    for h in handles {
        println!("{}", h.join().unwrap()); // join 等待并取回结果
    }
}

去掉 move 编译器直接报错：闭包可能比原变量活得久。这一条「必须 move」的强制，就是 Rust 防数据竞争的第一道闸。

步骤 2：mpsc 通道——多线程提交、单点回收

use std::sync::mpsc;
use std::thread;

fn main() {
    let (tx, rx) = mpsc::channel();          // 多生产者单消费者

    for id in 1..=3 {
        let tx = tx.clone();                 // 每个线程克隆一份发送端
        thread::spawn(move || {
            let cost = id * 10;              // 模拟判题耗时
            tx.send((id, cost)).unwrap();
        });
    }
    drop(tx);                                // 放弃主发送端，recv 循环才能结束

    let mut passed = 0;
    for (id, cost) in rx {                   // 收满 3 条后通道关闭，循环自然退出
        println!("提交 {id} 判完，耗时 {cost} ms");
        passed += 1;
    }
    println!("共通过 {passed} 个提交");
}