【譯文】Rust異步生態系統

ecosystem

原文:選自《Rust異步編程》第8章 異步生態系統

譯者注:本譯文已經合并進《Rust異步編程》中文翻譯倉庫huangjj27/async-book,號召大家也多多參與,期待與官方同步的中文完整版早日呈現。

Rust目前僅提供編寫異步代碼最基礎的能力。重要的是,標準庫尚未提供執行器,任務,反應器,組合器以及底層I/O futures和特質。同時,社區提供的異步生態系統填補了這些空白。

異步運行時

異步運行時是用于執行異步應用程序的庫。運行時通常將一個反應器與一個或多個執行器捆綁在一起。反應器為外部事件提供訂閱機制,例如異步I/O,進程間通信以及計時器。在異步運行時中,訂閱用戶通常是代表底層I/O操作的futures。執行器負責任務的計劃和執行。它們跟蹤正在運行和掛起的任務,輪詢futures以完成任務,并在有進展時喚醒任務。 “執行器”一詞經常與“運行時”互換使用。在這里,我們使用“生態系統”一詞來描述一個綁定了兼容特質和功能的運行時。

社區提供的異步板條箱

Futures板條箱

futures板條箱包含可用于編寫異步代碼的特質和功能。這包括Stream,Sink,AsyncRead和AsyncWrite特質,以及諸如組合器的實用工具。這些實用工具和特質最終可能成為標準庫的一部分。`

futures有它自己的執行器,但沒有自己的反應器,所以它不支持異步I/O或計時器futures的執行。因為這個原因,它不被視為一個完整的運行時。一個常見的選擇是將futures中的實用工具與另一個板條箱中的執行器一起使用。

主流的異步運行時

標準庫中沒有異步運行時,官方也沒有建議這樣做。下面列舉的板條箱提供了主流的運行時。

  • Tokio:一個具有HTTP,gRPC和跟蹤框架的主流異步生態系統。
  • async-std:一個提供標準庫組件級別的板條箱。
  • smol:一個小且簡單的異步運行時。提供可用于包裝UnixStreamTcpListener此類的結構的Async特質。
  • fuchsia-async:在Fuchsia操作系統中使用的執行器。

確定生態系統兼容性

并非所有異步應用程序,框架和庫都彼此兼容,也不是和每個操作系統或平臺都兼容。大多數異步代碼可以在任一生態系統中使用,但是某些框架和庫會要求使用特定的生態系統。生態系統限制并不總是記錄在案的,但是有一些經驗法則可以確定一個庫,特質或功能是否取依賴特定的生態系統。

與異步I/O,計時器,進程間通信或任務交互的異步代碼通常都取依賴特定的異步執行器或反應器。除此以外的異步代碼,例如異步表達式,組合器,同步類型和流,通常都與生態系統無關,所有嵌套的futures也與生態系統無關。在開始項目之前,建議先調研相關的異步框架和庫,以確定與您選擇的運行時以及彼此之間的兼容性。

值得注意的是,Tokio使用mio反應器并定義了自己的異步I/O特質的版本,包括AsyncReadAsyncWrite。 它本身與async-stdsmol不兼容,它們依賴于[async-executor 板條箱](https://docs.rs/async-executor)以及在futures中定義的AsyncRead和AsyncWrite特質。

有時可以通過兼容性層解決運行時沖突需求,它允許您在另一個運行時調用為當前運行時編寫的代碼。 例如,[async_compat庫](https://docs.rs/async_compat)提供了 Tokio和其他運行時。

暴露異步API的庫不應依賴于特定的執行器或反應器,除非它們需要生成任務、定義自己的異步I/O或者計時器futures。理想情況下,僅二進制程序應負責計劃和運行任務。

單線程 vs 多線程執行器

異步執行器可以是單線程,也可以是多線程。例如,async-executor同時具有單線程LocalExecutor和多線程Executor。

多線程執行器可以同時完成多個任務。對于具有許多任務的工作負載,它可以大大加快執行速度,但是在任務之間同步數據的開銷通常更大。在單線程和多線程運行時之間進行選擇時,建議測量應用程序的性能。

任務可以在創建它們的線程上運行,也可以在單獨的線程上運行。異步運行時通常提供將任務生成到單獨線程上的功能。即使任務在單獨的線程上執行,它們也應該是非阻塞的。為了在多線程執行器上計劃任務,它們必須是Send。一些運行時提供了生成non-Send任務的功能,從而確保了每個任務都在生成它的線程上執行。它們還可以提供將阻塞任務生成到專用線程上的功能,這對于運行來自其他庫的阻塞同步代碼很有用。

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