0.
Rust 在 1.39.0 为异步编程提供了语法层面的支持,也就是 async
和 await
。
跟 Go 等语言不同的是 Rust 自身并没有内建异步执行的运行时(例如 Go 中的goroutine)。运行时是类库提供的功能,目前实际上的标准运行时是 Tokio 。
Tokio 官方提供的 mini-redis 是一个不错的学习项目,我增加一对 HSET/HGET 命令,总的来说很容易上手。
Tokio 非常易用,而底层 Rust 异步编程的一些概念还是不容易理解。
1. overview
- 整体来看 Tokio 运行时采用了 reactor 模型。
- Rust 对使用者暴露的接口是
Future
,提交给 Executor 执行。
2. std::future::Future
Rust 标准库只定义了 Future
。
如何理解 Future 呢?可以参考 Aaron Turon 的文章 《Zero-cost futures in Rust》:
In essence, a future represents a value that might not be ready yet. Usually, the future becomes complete (the value is ready) due to an event happening somewhere else.
在标准库中,Future
只定义了一个 poll 函数,调用该函数返回 Poll<Self::Oputput>
:
// libcore/future/future.rs
pub trait Future {
#[stable(feature = "futures_api", since = "1.36.0")]
type Output;
#[stable(feature = "futures_api", since = "1.36.0")]
fn poll(self: Pin<&mut Self>, cx: &mut Context<'_>) -> Poll<Self::Output>;
}
Poll
是一个枚举,表示 Future
的两个状态,Ready
已经完成,Pending
未完成。
// libcore/task/poll.rs
pub enum Poll<T> {
#[stable(feature = "futures_api", since = "1.36.0")]
Ready(#[stable(feature = "futures_api", since = "1.36.0")] T),
#[stable(feature = "futures_api", since = "1.36.0")]
Pending,
}
这样的定义方式有别于 Java 世界常见的 callback,Aaron Turon 称之为 demand-driven 方法。详见 Aaron Turon 的文章 《Designing futures for Rust》。
在 demand-driven 方法中,Executor 会主动调用 poll,如果返回 Ready
那么表示该任务完成;如果返回 Pending
那么表示任务未完成,需要等待再次调用 poll 函数。这里的“等待”就需要 Reactor 的协助了,将 Pending
的 future 注册到 Reactor 中,Reactor 在该 future 准备就绪时就会通知 Executor 再次执行。
Executor 与 Reactor 之间的通知机制封装在 Context
中,也就是 poll 函数的第二个参数:
// libcore/task/wake.rs
#[stable(feature = "futures_api", since = "1.36.0")]
pub struct Context<'a> {
waker: &'a Waker,
_marker: PhantomData<fn(&'a ()) -> &'a ()>,
}
核心就是其中的 Waker
。(这部分没有完全理解)
关于 poll 函数的第一个参数类型 Pin
,是为了解决自引用移动的问题,让数据在内存中固定。
3. async.await
为了使用方便,Rust 提供了两个语法糖 —— async 和 await。
async 用于修饰函数和代码块,例如
async fn hello_world() {
println!("hello, world!");
}
编译器将其转换为:
fn hello_world() -> impl Future<Output = ()> {
...
也就是将异步代码块生成为一个实现了 Future
的结构体。
await 的作用就是等待 Future
完成,并不会阻塞线程。
4. Executor 与 Reactor
Future
的定义基本上决定了异步运行时采用 reactor 模型。
其中的 Reactor 部分对使用者来说是无感知的,Tokio 是基于 mio(封装了 epoll、kqueue 等) 实现的。
而 Executor 部分也被 Tokio 用 macro 隐藏了。例如:
#[tokio::main]
async fn main() {
println!("Hello world");
}
编译器将会扩展为:
fn main() {
tokio::runtime::Runtime::new()
.unwrap()
.block_on(async {
println!("Hello world");
})
}
也就是初始化运行时,提交 Future
的逻辑。
学习资料:
- https://dev.to/gruberb/explained-how-does-async-work-in-rust-46f8
- http://aturon.github.io/blog/2016/08/11/futures/
- https://aturon.github.io/blog/2016/09/07/futures-design/
- https://boats.gitlab.io/blog/post/wakers-i/
- https://cafbit.com/post/tokio_internals/
- https://fasterthanli.me/articles/surviving-rust-async-interfaces
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