9.4 Cell<T>、Mutex<T> 与内部可变性对比

Rust 提供了多种实现内部可变性（Interior Mutability）的机制，允许在不可变引用下修改数据。除了 RefCell<T>，标准库还包含 Cell<T> 和 Mutex<T>，它们在设计目标、性能特性和适用场景上各有不同。本节将对这三种类型进行横向对比，帮助开发者根据具体需求做出合理选择。

Cell<T>：无借用检查的值替换

Cell<T> 适用于实现了 Copy trait 的类型（如整数、布尔值等）。它不提供引用，而是通过 get() 和 set() 直接复制或替换内部值：

use std::cell::Cell;

let counter = Cell::new(0);
counter.set(counter.get() + 1);
println!("{}", counter.get()); // 1

特点：

• 无运行时借用检查，不会 panic；
• 只能用于 Copy 类型（因为 get() 返回的是值的副本）；
• 开销极低，适合高频更新的小型状态（如计数器、标志位）；
• 不支持获取内部值的引用（避免悬垂指针）。

RefCell<T>：带运行时借用检查的引用访问

如前所述，RefCell<T> 允许通过 borrow() 和 borrow_mut() 获取内部值的引用，并在运行时检查借用规则：

let list = RefCell::new(vec![1, 2]);
list.borrow_mut().push(3);

特点：

• 支持任意类型（不要求 Copy）；
• 提供真实引用，可直接操作复杂结构；
• 违反借用规则时 panic；
• 仅限单线程使用。

Mutex<T>：线程安全的内部可变性

Mutex<T>（“Mutual Exclusion”）是多线程环境下的内部可变性解决方案。它通过互斥锁确保同一时间只有一个线程能访问内部数据：

use std::sync::Mutex;

let data = Mutex::new(0);
{
    let mut num = data.lock().unwrap();
    *num += 1;
}
println!("data: {}", data.lock().unwrap()); // 1

特点：

• 线程安全，可跨线程共享（配合 Arc<T>）；
• 获取锁失败时可能阻塞或返回错误；
• 性能开销高于 Cell 和 RefCell（涉及系统级同步原语）；
• 若发生死锁或 poisoned 状态（panic 时持有锁），需妥善处理 Result。

对比总结

选择建议

• 若只需修改简单 Copy 类型且在单线程中，优先用 Cell<T>；
• 若需在单线程中通过引用修改复杂结构，使用 RefCell<T>；
• 若涉及多线程共享和修改，必须使用 Mutex<T>（通常与 Arc<T> 搭配）；
• 避免在性能敏感路径中频繁加锁或运行时借用检查；
• 谨慎处理 Mutex 的 poisoned 状态，避免程序意外终止。

小结

Cell、RefCell 和 Mutex 代表了 Rust 在不同并发模型下对内部可变性的支持策略。它们都遵循“将安全检查从编译期移至运行时”的思想，但适用边界清晰。理解三者的差异，有助于在保证内存安全的同时，写出高效、清晰且符合场景需求的代码。