【译文】Rust异步生态系统

ecosystem

原文:选自《Rust异步编程》第8章 异步生态系统

译者注:本译文已经合并进《Rust异步编程》中文翻译仓库huangjj27/async-book,号召大家也多多参与,期待与官方同步的中文完整版早日呈现。

Rust目前仅提供编写异步代码最基础的能力。重要的是,标准库尚未提供执行器,任务,反应器,组合器以及底层I/O futures和特质。同时,社区提供的异步生态系统填补了这些空白。

异步运行时

异步运行时是用于执行异步应用程序的库。运行时通常将一个反应器与一个或多个执行器捆绑在一起。反应器为外部事件提供订阅机制,例如异步I/O,进程间通信以及计时器。在异步运行时中,订阅用户通常是代表底层I/O操作的futures。执行器负责任务的计划和执行。它们跟踪正在运行和挂起的任务,轮询futures以完成任务,并在有进展时唤醒任务。 “执行器”一词经常与“运行时”互换使用。在这里,我们使用“生态系统”一词来描述一个绑定了兼容特质和功能的运行时。

社区提供的异步板条箱

Futures板条箱

futures板条箱包含可用于编写异步代码的特质和功能。这包括Stream,Sink,AsyncRead和AsyncWrite特质,以及诸如组合器的实用工具。这些实用工具和特质最终可能成为标准库的一部分。`

futures有它自己的执行器,但没有自己的反应器,所以它不支持异步I/O或计时器futures的执行。因为这个原因,它不被视为一个完整的运行时。一个常见的选择是将futures中的实用工具与另一个板条箱中的执行器一起使用。

主流的异步运行时

标准库中没有异步运行时,官方也没有建议这样做。下面列举的板条箱提供了主流的运行时。

  • Tokio:一个具有HTTP,gRPC和跟踪框架的主流异步生态系统。
  • async-std:一个提供标准库组件级别的板条箱。
  • smol:一个小且简单的异步运行时。提供可用于包装UnixStreamTcpListener此类的结构的Async特质。
  • fuchsia-async:在Fuchsia操作系统中使用的执行器。

确定生态系统兼容性

并非所有异步应用程序,框架和库都彼此兼容,也不是和每个操作系统或平台都兼容。大多数异步代码可以在任一生态系统中使用,但是某些框架和库会要求使用特定的生态系统。生态系统限制并不总是记录在案的,但是有一些经验法则可以确定一个库,特质或功能是否取依赖特定的生态系统。

与异步I/O,计时器,进程间通信或任务交互的异步代码通常都取依赖特定的异步执行器或反应器。除此以外的异步代码,例如异步表达式,组合器,同步类型和流,通常都与生态系统无关,所有嵌套的futures也与生态系统无关。在开始项目之前,建议先调研相关的异步框架和库,以确定与您选择的运行时以及彼此之间的兼容性。

值得注意的是,Tokio使用mio反应器并定义了自己的异步I/O特质的版本,包括AsyncReadAsyncWrite。 它本身与async-stdsmol不兼容,它们依赖于[async-executor 板条箱](https://docs.rs/async-executor)以及在futures中定义的AsyncRead和AsyncWrite特质。

有时可以通过兼容性层解决运行时冲突需求,它允许您在另一个运行时调用为当前运行时编写的代码。 例如,[async_compat库](https://docs.rs/async_compat)提供了 Tokio和其他运行时。

暴露异步API的库不应依赖于特定的执行器或反应器,除非它们需要生成任务、定义自己的异步I/O或者计时器futures。理想情况下,仅二进制程序应负责计划和运行任务。

单线程 vs 多线程执行器

异步执行器可以是单线程,也可以是多线程。例如,async-executor同时具有单线程LocalExecutor和多线程Executor。

多线程执行器可以同时完成多个任务。对于具有许多任务的工作负载,它可以大大加快执行速度,但是在任务之间同步数据的开销通常更大。在单线程和多线程运行时之间进行选择时,建议测量应用程序的性能。

任务可以在创建它们的线程上运行,也可以在单独的线程上运行。异步运行时通常提供将任务生成到单独线程上的功能。即使任务在单独的线程上执行,它们也应该是非阻塞的。为了在多线程执行器上计划任务,它们必须是Send。一些运行时提供了生成non-Send任务的功能,从而确保了每个任务都在生成它的线程上执行。它们还可以提供将阻塞任务生成到专用线程上的功能,这对于运行来自其他库的阻塞同步代码很有用。