17. rust异步库tokio入门

一、前言

异步是一个非常强大特性，它有相当多的实现模型，其中比较知名的“协程”，go语言的并发编程就是借助的“协程”这一概念达到了非常高的性能，

不理解协程的可以查看另外一篇文章：协程与线程。

在这众多实现模型中，最基本就是多线程模型了，由于其是系统本身底层提供的，所以写起来、理解起来都会较为简单。

还有就是事件驱动模型，和windows消息机制差不多，不理解的可以参考：windows编程入门。

除了上面三个之外，另一个常用的异步模型便是async/await。

它的主要麻烦之处在于其底层实现非常复杂，但好在这并不需要我们自己去实现。直接使用即可。

第二个麻烦之处在于其不好理解，这便是本章要做的事情了。

由于rust语言本身提供了await、async以及Future这三个async/await模型最基础的特性，所以使得实现该模型变得更加容易。

rust中异步库有很多，但目前性能最好、效率最高、最流行的库是一个叫tokio的。

从一张网上流传甚广、据说是官方测试各种异步框架效率也能看出tokio的恐怖之处：

该图展示的大概是各种异步框架所实现的最小http服务器单位时间所能处理的请求数量。

所以本章也将直接以tokio为例对rust中异步的使用进行介绍。

二、基本理解与使用

首先你需要下载tokio，在配置文件中添加下面这行代码：

tokio = { version = "1.36.0", features = ["full"] }

它的基本使用方法如下：

fn main() {
    let rt = tokio::runtime::Runtime::new().unwrap();
    rt.block_on(async {
        println!("hello tokio");
    })
}

看起来似乎很复杂，这里对其简单解析一下：

1. 首先我们需要创建一个tokio的“运行时”，也就是上面的rt变量，它将成为整个程序的异步基础。
2. 然后使用其上的block_on函数就可以去调用异步代码块，比如这里的async{}就是一个异步运行的代码块。
3. 此时main函数会始终阻塞在block_on函数内，直到传入的函数、代码块被全部执行结束，才会结束调用。

你可能会觉得这看上去也没什么呀？似乎就是等一段代码结束而已。

但事实上tokio创建的这个运行时内部在这一过程中是做了相当多事情的，这里简单说一下它可能的工作原理：

1. “运行时”创建的同时，其内部会管理一个类似“线程池”一样的东西，被称为“执行器”，不理解的可以参考文章：手写一个线程池。
2. “运行时”内部同时还会有一个类似“事件循环”的东西，叫做“轮询”，可以将其类比于windows系统的窗口消息机制，但并不完全相同。
3. 你传入的所有异步任务、都将由“轮询”接受，并由“运行时”自动分配执行器去执行该任务。

虽然可能其实际的工作过程远比这个复杂的多，但其基本原理大概如此。

所以我们现在就能够通过异步写出下面这样的代码：

可以看到，虽然我现在是先调用的hello函数，但先输出的却是后调用的world。

异步函数的写法相当简单，就像上图的hello一样，你只需要在函数前面添加一个async关键字即可。

但此时就要注意了，任何异步函数都只能在异步函数、异步代码块中进行调用才有效果。

因为你调用异步函数会立即得到一个返回值，也就是上图中其编译器自动推导出来的实现了Future特性的ret变量。

你只有调用其上的await关键字之后，该函数才会被触发执行。