Rust异步编程详解

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异步编程

Rust官方提供了异步编程接口，但并未提供具体的实现，为了实现Rust异步编程，需要安装第三方实现的运行时，目前最流行的是tokio。在使用前，先添加依赖

toml 复制代码

[dependencies]
tokio = { version = "1", features = ["full"] }

[[bin]]
name = "hello"
path = "hello.rs"

然后创建hello.rs文件，以实现tokio的最简调用，示例如下。

rust 复制代码

use tokio::time::{sleep, Duration};

#[tokio::main]
async fn main() {
    let task = tokio::spawn(async {
        sleep(Duration::from_millis(300)).await;
        println!("Hello async");
    });

    for i in 0..3 {
        println!("主任务工作中... {}", i);
        std::thread::sleep(Duration::from_millis(300));
    }

    task.await.unwrap();
}
/*运行结果
>cargo run --bin hello
主任务工作中... 0
主任务工作中... 1
Hello async
主任务工作中... 2
*/

上述代码中，task是一个异步任务，其功能是等待300毫秒，然后输出Hello async。当其开启之后，并不会阻塞主任务，于是在其等待的过程中，命令行依次输出"主任务工作中"，直到300毫秒已到，再执行task的打印任务。

【async】是Rust语言的关键字，可将代码块转换成异步任务。

【tokio::spawn】将调用tokio运行时执行异步任务。

【await】是异步任务中的挂起命令，表示当前任务暂停，但并不影响其他任务的运行。

【#[tokio::main]】是tokio提供的过程宏，用于创建并启动运行时。正如前面所说的，Rust只是提供了一个异步接口，却并未真正实现异步功能。而有了这个过程宏的修饰，main函数将在tokio的运行时中执行，从而实现异步工作。

在程序最后，task.await用于阻塞主任务，使之直到task任务执行完毕之后再退出。如果没有这行代码，同时主任务中的for循环又有2次，那么for循环执行之后，程序直接退出，我们是看不到task的有效输出的。

异步返回值

异步任务相当于给普通函数套了一层外壳，这一过程会不可避免地把函数的返回值也打包进去，最终我们想要获取这个返回值，则相当于是一个解包的过程。假设我们准备异步运行的函数的返回值是t，类型为T，则其打包解包过程如下

被async转换为Future<T>，Future是所有异步计算必须实现的trait，相当于Rust为所有第三方异步实现提供的统一接口。
被tokio::spwan调用并运行，返回一个JoinHandle<T>类型的可等待任务句柄，这是tokio为了执行异步任务，实现的具体类型。
通过await等待计算完成，以Result<T, JoinError>形式返回t，其JoinError则是Tokio定义的错误类型。

有了Result，才可以拿到异步任务真正的返回值t就可以因此，获取异步任务返回值的最简流程如下

rust 复制代码

#[tokio::main]
async fn main() {
    let handle = tokio::spawn(async {
        42
    });

    let result: Result<i32, tokio::task::JoinError> = handle.await;
    match result {
        Ok(value) => println!("Task returned: {}", value),
        Err(e) => eprintln!("Task panicked: {}", e),
    }
}

异步通道

Tokio中提供了【mspc】用于不同任务之间的通信，其语法与标准库中的mspc相似，在创建与收发过程中，主要区别就是tokio的异步任务需要在收发结束后调用await，其示例如下。

rust 复制代码

use tokio::sync::mpsc;

#[tokio::main]
async fn main() {
    let (tx, mut rx) = mpsc::channel(32);

    // 2. 启动发送任务
    tokio::spawn(async move {
        tx.send("Hello!").await.unwrap();
    });

    // 3. 接收消息（阻塞当前任务，但不阻塞线程）
    if let Some(msg) = rx.recv().await {
        println!("接收到: {}", msg);
    }
}
/*运行结果
接收到: Hello!
*/

【mspc::cahnnel(32)】用于创建一组32字节的异步收发通道，其中tx用于发送，rx用于接收。

【tx.send】是异步发送函数，由于在发送过程中，必须保证tx能够存活到任务结束，故而发送代码块中使用了move关键字，强制闭包取得tx的所有权。

【tx.recv】是异步接收函数，由于接收端在接收到数据后必然会发生变化，故而tx要用mut修饰。