本篇内容主要讲解“rust异步代码async/.await的内部运行机制是什么”，感兴趣的朋友不妨来看看。本文介绍的方法操作简单快捷，实用性强。下面就让小编来带大家学习“rust异步代码async/.await的内部运行机制是什么”吧!
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0、准备Rust练习环境
首先让我们先创建一个Cargo项目：
~$ cargo new --bin sleepus-interruptus
如果你期望和教程使用的编译器保持一致，可以添加一个内容为1.39.0的rust-toolchain文件。
在继续下面的内容之前，先运行cargo run确保环境没有问题。
1、一个交替显示的Rust程序
我们要写一个简单的程序，它可以显示10次Sleepus消息，每次间隔0.5秒；同时显示5次Interruptus消息，每次间隔1秒。下面是相当简单的rust实现代码：
use std::thread::{sleep};
use std::time::Duration;
fn sleepus() {
for i in 1..=10 {
println!("Sleepus {}", i);
sleep(Duration::from_millis(500));
}
}
fn interruptus() {
for i in 1..=5 {
println!("Interruptus {}", i);
sleep(Duration::from_millis(1000));
}
}
fn main() {
sleepus();
interruptus();
}不过，上面的代码会同步执行两个操作，它会先显示完所有的Sleepus消息，然后再显示Interruptus消息。而我们期望的是这两种消息交织显示，也就是说Interruptus消息可以打断Sleepus消息的显示。
有两个办法可以实现交织显示的目标。显而易见的一个是为每个函数创建一个单独的线程，然后等待线程执行完毕。
use std::thread::{sleep, spawn};
fn main() {
let sleepus = spawn(sleepus);
let interruptus = spawn(interruptus);
sleepus.join().unwrap();
interruptus.join().unwrap();
}需要指出的是：
另一种实现方法是创建一个辅助线程，然后在主线程种调用其中一个函数：
fn main() {
let sleepus = spawn(sleepus);
interruptus();
sleepus.join().unwrap();
}这种方法效率更高，因为只需要额外创建一个线程，并且也没有什么副作用，因此我推荐使用这个方法。
不过这两种方法都不是异步解决方案！我们使用两个由操作系统管理的线程来并发执行两个同步任务！接下来让我们尝试如何在单一线程内让两个任务协作执行！
2、用Rust异步async/.await实现交替显示程序
我们将从较高层次的抽象开始，然后逐步深入rust异步编程的细节。现在让我们以async风格重写前面的应用。
首先在Cargo.toml中添加以下依赖：
async-std = { version = "1.2.0", features = ["attributes"] }现在我们可以将应用重写为：
use async_std::task::{sleep, spawn};
use std::time::Duration;
async fn sleepus() {
for i in 1..=10 {
println!("Sleepus {}", i);
sleep(Duration::from_millis(500)).await;
}
}
async fn interruptus() {
for i in 1..=5 {
println!("Interruptus {}", i);
sleep(Duration::from_millis(1000)).await;
}
}
#[async_std::main]
async fn main() {
let sleepus = spawn(sleepus());
interruptus().await;
sleepus.await;
}主要的修改说明如下：
我们不再使用std::thread中的sleep和spawn函数，而是采用async_std::task。- 在sleepus和interruptus函数前都加async
在调用sleep之后，我们补充了.await。注意不是.await()调用，而是一个新语法
在主函数上使用#[async_std::main]属性
主函数前也有async关键字
我们现在使用spawn(sleepus())而不是spawn(sleepus)，这表示直接调用sleepus 并将结果传给spawn
对interruptus()的调用增加.await
对sleepus不再使用join()，而是改用.await语法
看起来有很多修改，不过实际上，我们的代码结构和之前的版本基本是一致的。现在程序运行和我们的期望一致：采用单一线程进行无阻塞调用。
接下来让我们分析上述修改到底意味着什么。
3、async关键字的作用
在函数定义前添加async主要做了以下3个事：
这将允许你在函数体内使用.await语法。我们接下来会深入探讨这一点
它修改了函数的返回类型。async fn foo() -> Bar 实际上返回的是 impl std::future::Future
它自动将结果值封装进一个新的Future对象。我们下面会详细展示这一点
现在让我们展开说明第2点。在Rust的标准库中有一个名为Future的trait，Future有一个关联类型Output。这个trait的意思是：我承诺当我完成任务时，会给你一个类型为Output的值。例如你可以想象一个异步HTTP客户端可能会这样实现：
impl HttpRequest {
fn perform(self) -> impl Future { ... }
}在发送HTTP请求时需要一些无阻塞的I/O，我们并不希望阻塞调用线程，但是需要最终得到响应结果。
async fn sleepus()的结果类型隐含为()。因此我们的Future的Output也应该为()。这意味着我们需要修改函数为：
fn sleepus() -> impl std::future::Future
不过如果只修改这里，编译就会出现如下错误：
error[E0728]: `await` is only allowed inside `async` functions and blocks
--> src/main.rs:7:9
|
4 | fn sleepus() -> impl std::future::Future {
| ------- this is not `async`
...
7 | sleep(Duration::from_millis(500)).await;
| ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^ only allowed inside `async` functions and blocks
error[E0277]: the trait bound `(): std::future::Future` is not satisfied
--> src/main.rs:4:17
|
4 | fn sleepus() -> impl std::future::Future {
| ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^ the trait `std::future::Future` is not implemented for `()`
|
= note: the return type of a function must have a statically known size
第一个错误信息很直接：你只能在async函数或代码块中使用.await语法。我们还没有接触到异步代码块，不过看起来就是这样：
async {
// async noises intensify
}第二个错误消息就是第一个的结果：async关键字要求函数返回类型是impl Future。如果没有这个关键字，我们的loop结果类型是()，这显然不满足要求。
将整个函数体用一个异步代码块包裹起来就解决问题了：
fn sleepus() -> impl std::future::Future {
async {
for i in 1..=10 {
println!("Sleepus {}", i);
sleep(Duration::from_millis(500)).await;
}
}
}
4、.await语法的作用
可能我们并不需要所有这些async/.await。如果我们移除sleepus的.await会怎么样？令人吃惊的是，居然编译通过了，虽然给出了一个警告：
warning: unused implementer of `std::future::Future` that must be used
--> src/main.rs:8:13
|
8 | sleep(Duration::from_millis(500));
| ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
|
= note: `#[warn(unused_must_use)]` on by default
= note: futures do nothing unless you `.await` or poll them
我们在生成一个Future值但没有使用它。如果查看程序的输出，你可以理解编译器的警告是什么意思了：
Interruptus 1
Sleepus 1
Sleepus 2
Sleepus 3
Sleepus 4
Sleepus 5
Sleepus 6
Sleepus 7
Sleepus 8
Sleepus 9
Sleepus 10
Interruptus 2
Interruptus 3
Interruptus 4
Interruptus 5
我们所有的Sleepus消息输出都没有延迟。问题在于对sleep的调用实际上没有让当前线程休息，它只是生成一个实现了Future的值，然后当承诺最终实现时，我们知道的确发生了延迟。但是由于我们简单地忽略了Future，因此实际上没有利用延迟。
为了理解.await语法到底做了什么，我们接下来直接使用Future值来实现我们的函数。首先从不用async块开始。
5、不使用async关键字的Rust异步代码
如果我们丢掉async代码块，看起来就是这样：
fn sleepus() -> impl std::future::Future {
for i in 1..=10 {
println!("Sleepus {}", i);
sleep(Duration::from_millis(500));
}
}
这样编译会出现以下错误：
error[E0277]: the trait bound `(): std::future::Future` is not satisfied
--> src/main.rs:4:17
|
4 | fn sleepus() -> impl std::future::Future {
| ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^ the trait `std::future::Future` is not implemented for `()`
|
上面错误是由于for循环的结果类型为()，它没有实现Future这个trait。修复这个问题的一种办法是在for循环后面加一句话使其返回Future的实现类型。我们已经知道可以用这个：sleep：
fn sleepus() -> impl std::future::Future {
for i in 1..=10 {
println!("Sleepus {}", i);
sleep(Duration::from_millis(500));
}
sleep(Duration::from_millis(0))
}
现在我们依然会看到在for循环内存在未使用的Future值的警告信息，不过返回值那个错误已经解决掉了。这个sleep调用实际上什么也没做，我们可以将其替换为一个真正的占位Future：
fn sleepus() -> impl std::future::Future {
for i in 1..=10 {
println!("Sleepus {}", i);
sleep(Duration::from_millis(500));
}
async_std::future::ready(())
}
6、实现自己的Future
为了打破沙锅问到底，让我们再深入一步，不适用async_std库中的ready函数，而是定义自己的实现Future的结构。让我们称之为DoNothing。
use std::future::Future;
struct DoNothing;
fn sleepus() -> impl Future {
for i in 1..=10 {
println!("Sleepus {}", i);
sleep(Duration::from_millis(500));
}
DoNothing
}
问题在于DoNothing还没有提供Future实现。我们接下来将进行一些编译器驱动的开发，让rustc告诉我们如何修复这个程序。第一个错误信息是：
the trait bound `DoNothing: std::future::Future` is not satisfied
因此让我们补上这个trait的实现：
impl Future for DoNothing {
}继续报错：
error[E0046]: not all trait items implemented, missing: `Output`, `poll`
--> src/main.rs:7:1
|
7 | impl Future for DoNothing {
| ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^ missing `Output`, `poll` in implementation
|
= note: `Output` from trait: `type Output;`
= note: `poll` from trait: `fn(std::pin::Pin<&mut Self>, &mut std::task::Context<'_>) -> std::task::Poll<::Output>`我们还不是真正了解Pin<&mut Self>或者Context，不过我们知道Output。因为我们之前返回()，现在让我们照做。
use std::pin::Pin;
use std::task::{Context, Poll};
impl Future for DoNothing {
type Output = ();
fn poll(self: Pin<&mut Self>, ctx: &mut Context) -> Poll {
unimplemented!()
}
}喔！编译通过了！当然在运行时它会失败，因为我们的unimplemented!()调用：
thread 'async-std/executor' panicked at 'not yet implemented', src/main.rs:13:9
现在让我们尝试实现poll。我们需要返回一个值其类型为Poll或者 Poll<()>。让我们看一下Poll的定义：
pub enum Poll {
Ready(T),
Pending,
}
利用一些基本的推理，我们可以理解Ready表示“我们的Future已经完成，这是输出”，而Pending表示“还没完事儿”。假设我们的DoNothing希望立即返回()类型的输出，可以这样：
fn poll(self: Pin<&mut Self>, _ctx: &mut Context) -> Poll {
Poll::Ready(())
}
恭喜！你刚刚实现了自己的第一个Future结构！
7、async与函数返回值
还记得我们说过async对函数做的第三件事吗：自动将结果值封装为一个新的Future。我们接下来展示这一点。
首先简化sleepus的定义：
fn sleepus() -> impl Future {
DoNothing
}
编译和运行正常。现在切换回async风格：
async fn sleepus() {
DoNothing
}这时候会报错：
error[E0271]: type mismatch resolving `::Output == ()`
--> src/main.rs:17:20
|
17 | async fn sleepus() {
| ^ expected struct `DoNothing`, found ()
|
= note: expected type `DoNothing`
found type `()`
可以看到，当你有了一个async函数或代码块，结果会自动封装到一个Future实现对象里。因此我们需要返回一个impl Future。现在我们的类型需要是Output=()。
处理很简单，只需要在DoNothing后面简单添加.await：
async fn sleepus() {
DoNothing.await
}这让我们对.await的作用增加了一点直觉：它从DoNothing中提取Output值。不过，我们依然并不真正了解它是如何实现的。
到此，相信大家对“rust异步代码async/.await的内部运行机制是什么”有了更深的了解，不妨来实际操作一番吧！这里是创新互联网站，更多相关内容可以进入相关频道进行查询，关注我们，继续学习！
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