Rust学习~tokio简介

对于 Async Rust,最重要的莫过于底层的异步运行时,它提供了执行器、任务调度、异步 API 等核心服务

使用 Rust 提供的 async/await 特性编写的异步代码要运行起来,就必须依赖于异步运行时

异步运行时

Rust 语言本身只提供了异步编程所需的基本特性,例如 async/await 关键字,标准库中的 Future 特征,官方提供的 futures 实用库

这些特性单独使用没有任何用处,需要一个运行时来将这些特性实现的代码运行起来

异步运行时是由 Rust 社区提供的,它们的核心是一个 reactor 和一个或多个 executor(执行器)

(1)reactor 用于提供外部事件的订阅机制,例如 I/O 、进程间通信、定时器等

(2)executor 用于调度和执行相应的任务( Future )

目前最受欢迎的几个运行时有:

(1)tokio,功能强大,还提供了异步所需的各种工具(例如 tracing )、网络协议框架(例如 HTTP,gRPC )等等

(2)async-std,最大的优点就是跟标准库兼容性较强

(3)smol, 一个小巧的异步运行时

异步运行时的兼容性

使用异步运行时,往往伴随着对它相关的生态系统的深入使用,因此耦合性会越来越强,直至最后很难切换到另一个运行时

例如 tokio 和 async-std ,就存在这种问题。

如果实在有这种需求,可以考虑使用 async-compat,该包提供了一个中间层,用于兼容 tokio 和其它运行时。

运行时之间的不兼容性,必须提前选择一个运行时,并且在未来坚持用下去

那这个运行时就应该是最优秀、最成熟的那个,tokio 几乎成了不二选择

tokio简介

读音 /ˈtəʊkiəʊ/

tokio 是 Rust 最优秀的异步运行时框架,它提供了写异步网络服务所需的几乎所有功能

不仅仅适用于大型服务器,还适用于小型嵌入式设备

主要由以下组件构成:

(1)多线程版本的异步运行时,可以运行使用 async/await 编写的代码

(2)标准库中阻塞 API 的异步版本,例如thread::sleep会阻塞当前线程,tokio中就提供了相应的异步实现版本

(3)构建异步编程所需的生态,甚至还提供了 tracing 用于日志和分布式追踪, 提供 console 用于 Debug 异步编程

Rust官方提供的req/s,rust到200万qps/s了,go连30万qps/s都到不了

优点

高性能

因为快所以快,前者是 Rust 快,后者是 tokio 快。

tokio 在编写时充分利用了 Rust 提供的各种零成本抽象和高性能特性

高可靠

Rust 语言的安全可靠性顺理成章的影响了 tokio 的可靠性

曾经有一个调查给出了令人乍舌的结论:软件系统 70%的高危漏洞都是由内存不安全性导致的

在 Rust 提供的安全性之外,tokio 还致力于提供一致性的行为表现:

无论何时运行系统,它的预期表现和性能都是一致的,例如不会出现莫名其妙的请求延迟或响应时间大幅增加

简单易用

通过 Rust 提供的 async/await 特性,编写异步程序的复杂性相比当初已经大幅降低

同时 tokio 提供了丰富的生态,进一步大幅降低了其复杂性

同时 tokio 遵循了标准库的命名规则,让熟悉标准库的用户可以很快习惯于 tokio 的语法

再借助于 Rust 强大的类型系统,用户可以轻松地编写和交付正确的代码

使用灵活性

tokio 支持灵活的定制自己想要的运行时,例如可以选择多线程 + 任务盗取模式的复杂运行时,也可以选择单线程的轻量级运行时。

总之,几乎每一种需求在 tokio 中都能寻找到支持

(强大的灵活性需要一定的复杂性来换取,并不是免费的午餐)

缺点

并行运行 CPU 密集型的任务

tokio 非常适合于 IO 密集型任务,这些 IO 任务的绝大多数时间都用于阻塞等待 IO 的结果

如果应用是 CPU 密集型(例如并行计算),建议使用 rayon,当然,对于其中的 IO 任务部分,依然可以混用 tokio

读取大量的文件

读取文件的瓶颈主要在于操作系统,因为 OS 没有提供异步文件读取接口,大量的并发并不会提升文件读取的并行性能,反而可能会造成不可忽视的性能损耗,因此建议使用线程(或线程池)的方式

发送少量 HTTP 请求

tokio 的优势是给予并发处理大量任务的能力,对于这种轻量级 HTTP 请求场景,tokio 除了增加代码复杂性,并无法带来什么额外的优势。

因此,对于这种场景,可以使用 reqwest 库,它会更加简单易用。

若使用 tokio,那 CPU 密集的任务尤其需要用线程的方式去处理

例如使用 spawn_blocking 创建一个阻塞的线程去完成相应 CPU 密集任务

原因是:

tokio 是协作式的调度器,如果某个 CPU 密集的异步任务是通过 tokio 创建的,那理论上来说,该异步任务需要跟其它的异步任务交错执行,最终大家都得到了执行,皆大欢喜。

但实际情况是,CPU 密集的任务很可能会一直霸着着 CPU,此时 tokio 的调度方式决定了该任务会一直被执行,这意味着,其它的异步任务无法得到执行的机会,最终这些任务都会因为得不到资源而饿死。

使用 spawn_blocking 后,会创建一个单独的 OS 线程,该线程并不会被 tokio 所调度( 被 OS 所调度 )

因此它所执行的 CPU 密集任务也不会导致 tokio 调度的那些异步任务被饿死

总结

Rust的优点和缺点鲜明,架构师能很好仲裁出框架选型

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