loom 源码解析

全卷对着一个 tag 写：

0.7.2 是目前最新的发布版。之后主分支上的 13 个提交只改了文档、MSRV、edition 和两处 API 的放宽，没有改动调度、内存模型或检测逻辑，差别列在 怎么读这一卷 的一张表里。

loom 是一个以库的形式提供的并发模型检查器。被测代码把 std::sync::atomic、Mutex、thread::spawn、UnsafeCell 等换成 loom 的同名类型（通常靠一层 #[cfg(loom)] 切换），测试写成 loom::model(|| { ... })。loom 在一个 OS 线程上用协程模拟最多 5 个线程，反复运行同一个闭包，每次走一条不同的线程交错和读值选择，选择记在一条路径里，按深度优先回溯。它做三件事：

• 调度空间：每个原子操作、锁操作、Arc 计数操作、channel 操作之前都是一个分支点；DPOR（动态偏序归约）只在相互依赖的访问之间登记「这里可以换另一个线程先跑」；抢占上限（LOOM_MAX_PREEMPTIONS）进一步裁剪。
• 弱内存序：每个原子变量保存最近 7 次写，一次 load 按 coherence 规则算出可能读到哪些写，每个候选都是一个分支；Acquire / Release / fence 用每线程的向量时钟传递因果关系。
• 检测器：UnsafeCell 与原子 with_mut 的非同步访问（「Causality violation」）、Arc / alloc / Track 泄漏、死锁（没有可运行的线程但有线程没结束）、分支数超限（常见于不 yield_now 的自旋）。

它和前几卷的关系：loom 在前几卷里被用过很多次（crossbeam 卷 的 Chase-Lev、回收器、最小 EBR 三个实验），被介绍过两次（crossbeam 卷：怎么验证并发代码、tokio 卷：源码地图 最后一节）。本卷不重讲「loom 是什么、怎么接」，而是打开它：那些「65 个交错」「第 21 个交错就报错」是怎么来的，loom 的「通过」说明了什么、没说明什么。bytes 卷 的切换层、parking_lot 卷 里「parking_lot_core 不能放进 loom」的那句话，在本卷都有对应的解释。

全卷沿四条线展开：

• 一次 loom::model 的一生：Builder 读环境变量 → 每轮把闭包包成 0 号协程 → 每个 loom 操作前 schedule()：DPOR 登记回溯、尽量不抢占地选线程 → 路径重放或新建分支 → 一轮结束 step 从末尾往前找下一个选项。
• 一次 Relaxed load 能读到什么：在最近 7 次写里排除「更新的写已在本线程因果历史里」的旧写，剩下的逐个作为分支；只有 Acquire 及以上才把对方的时钟并进来。
• 一次数据竞争是怎么被抓到的：UnsafeCell 访问不是调度点，靠向量时钟比较当场判定，不靠「恰好交错到一起」。
• 横线：看到什么、看不到什么：只看得到换成 loom 类型的操作；看得到的部分也有建模上的取舍（SeqCst 访问按 AcqRel 处理、不探索 load buffering、7 次写窗口、compare_exchange_weak 不伪失败、Condvar 不虚假唤醒、最多 5 个线程），每条都说清是假阳性还是假阴性方向。

flowchart TB
  intro[00 导读] --> overview[01 全景]
  overview --> rt[02 运行时与调度]
  rt --> mm[03 内存模型]
  rt --> ck[04 检测器]
  rt --> prim[05 同步原语的模型]
  mm --> usage[06 用法与调试]
  ck --> usage
  prim --> usage
  usage --> limits[07 能力边界]
  limits --> design[08 设计取舍]
  design --> pit[09 常见坑]
  pit --> site[10 在本站中]
  site --> hands[11 动手]

实验环境

本机 Apple M2 Max（8 个性能核 + 4 个能效核），macOS，rustc 1.99.1。实验程序在 exp-loom/ 下，依赖锁定 loom =0.7.2（打开 checkpoint 与 futures feature），一律 RUSTFLAGS="--cfg loom" cargo test --release --offline，每个实验用自己的 target 目录。loom 只用一个 OS 线程，交错数是确定的，与核数、负载无关，页面上的「第 N 个交错」「共 N 个交错」任何时候都能复现；只有耗时受负载影响，计时要求 1 分钟与 5 分钟负载都低于 3，并写出测量时的负载。每个实验带一个反向验证。细节见 怎么读这一卷。

各部分

1. 00 导读：版本、四条主线、阅读路线、实验方法；两层源码、每个文件管什么、feature、缺的 API。
2. 01 全景：loom 解决什么问题、和压力测试 / Miri / TSan 的分工；一次 model 的 6 个交错、一次 load 的候选，各走一遍。
3. 02 运行时与调度：本卷的基础。Builder 与主循环、generator 协程、Execution 与对象仓库、Path 的重放与回溯、DPOR、抢占上限与用户剪枝。
4. 03 内存模型：向量时钟与同步点、写历史与 coherence、load 的候选、RMW 与释放序列、fence 与 SeqCst。
5. 04 检测器：UnsafeCell 与原子的非同步访问、泄漏、死锁与分支上限、位置信息。
6. 05 同步原语的模型：Mutex 与 RwLock、Condvar / Notify / park、线程与 lazy_static / thread_local、Arc / mpsc / future。
7. 06 用法与调试：cfg(loom) 切换层、写一个好模型、checkpoint 与日志。
8. 07 能力边界：假阳性与假阴性一览、SeqCst 与 load buffering、「loom 通过」意味着什么。
9. 08 设计取舍：各章取舍汇总。
10. 09 常见坑：用报错原文或现象做标题。
11. 10 在本站中：本站依赖树里带 loom 测试的 crate。
12. 11 动手：最小模型检查器；给一个小库加 loom。

从「导读」开始。只想会用的读者，读 01、06、09；想知道「loom 通过」意味着什么的，读 03 和 07；想读懂调度与 DPOR 的，读 02。