基于作用域线程的并行映射

功能说明

这段代码实现一个不依赖第三方运行时的作用域线程并行映射：把输入切片分成若干块，每块交给一个线程执行转换函数，最后按块顺序合并结果。它适合 CPU 密集的纯函数处理，例如哈希、解析、图像像素变换或批量计算。

std::thread::scope 允许线程借用栈上的数据，因此不需要 Arc 或 'static 约束，也不需要使用 unsafe。结果按块顺序拼接，所以输出顺序与输入一致，不会因为线程调度而乱序。

关键代码

parallel_map 用 items.len().div_ceil(workers) 计算块大小，保证块数不超过线程数；空输入时块大小为 1，循环不会产生任务。thread::scope 内为每个块调用 scope.spawn，闭包捕获块的引用和转换函数的引用。

每个线程返回 Vec<U>，主线程按 handles 的顺序 join 并 extend 到结果中。join().expect(...) 会把工作线程的 panic 传播为当前线程的 panic，避免静默丢失数据。

使用注意

线程数不是越多越好，通常设为 CPU 核心数；对 IO 密集任务应使用异步运行时或专用线程池。transform 必须是 Sync，因为多个线程同时持有它的引用；如果它内部有可变状态，需要加锁或改成每个线程独立副本。

块大小固定会导致尾部负载不均，任务耗时差异大时应使用工作窃取或动态分块。join 按顺序等待，如果第一块特别慢，后续结果会先完成但无法提前处理；需要流式消费时应改用通道。结果向量预先分配了总容量，内存占用与输入规模成正比。

验证方式

示例把 1 到 10 并行平方，断言结果与顺序执行的 [1, 4, 9, 16, 25, 36, 49, 64, 81, 100] 完全一致。空切片返回空向量，字符串切片返回对应长度 [1, 2, 3]。可以把 workers 改成 1 或大于元素个数，确认结果不变。

代码示例

use std::thread;

fn parallel_map<T, U, F>(items: &[T], workers: usize, transform: F) -> Vec<U>
where
    T: Sync,
    U: Send,
    F: Fn(&T) -> U + Sync,
{
    assert!(workers > 0, "workers must be positive");
    let chunk_size = items.len().div_ceil(workers).max(1);
    let mut results = Vec::with_capacity(items.len());

    thread::scope(|scope| {
        let mut handles = Vec::new();
        for chunk in items.chunks(chunk_size) {
            let transform = &transform;
            handles.push(scope.spawn(move || {
                chunk.iter().map(|item| transform(item)).collect::<Vec<U>>()
            }));
        }
        for handle in handles {
            results.extend(handle.join().expect("worker panicked"));
        }
    });

    results
}

fn main() {
    let numbers: Vec<u64> = (1..=10).collect();
    let squares = parallel_map(&numbers, 3, |number| number * number);
    println!("{squares:?}");
    assert_eq!(squares, vec![1, 4, 9, 16, 25, 36, 49, 64, 81, 100]);

    let empty: Vec<u64> = parallel_map(&[] as &[u64], 4, |number| number + 1);
    assert!(empty.is_empty());

    let words = ["a", "bb", "ccc"];
    let lengths = parallel_map(&words, 8, |word| word.len());
    assert_eq!(lengths, vec![1, 2, 3]);
}