25-异步生态

译文 · 基于 Asynchronous Programming in Rust

异步生态

原文链接: https://rust-lang.github.io/async-book/08_ecosystem/00_chapter.html

Rust 目前仅提供编写异步代码的基本要素。重要的是，执行器、任务、反应器、组合子以及底层 IO future 和 trait 尚未纳入标准库。与此同时，社区提供的异步生态填补了这些空白。

Async Foundations 团队有兴趣扩展异步书中的示例以涵盖多个运行时。若你有兴趣为此项目做贡献，请在 Zulip 上联系我们。

异步运行时

异步运行时是用于执行异步应用的库。运行时通常将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（如异步 IO、进程间通信和定时器）提供订阅机制。在异步运行时中，订阅者通常是表示底层 IO 操作的 future。执行器处理任务的调度与执行。它们跟踪运行中和挂起的任务，将 future poll 至完成，并在任务可以推进时唤醒任务。「执行器」一词常与「运行时」互换使用。此处我们用「生态」描述与兼容 trait 和功能捆绑的运行时。

社区提供的异步 Crate

Futures Crate

futures crate 包含编写异步代码有用的 trait 和函数。这包括 Stream、Sink、AsyncRead 和 AsyncWrite trait，以及组合子等工具。这些工具和 trait 最终可能成为标准库的一部分。

futures 有自己的执行器，但没有自己的反应器，因此不支持异步 IO 或定时器 future 的执行。因此，它不被视为完整运行时。常见选择是将 futures 的工具与另一 crate 的执行器配合使用。

流行的异步运行时

标准库中没有异步运行时，也没有官方推荐的。以下 crate 提供流行的运行时。

• Tokio：流行的异步生态，带有 HTTP、gRPC 和追踪框架。
• async-std：提供标准库组件异步对应物的 crate。
• smol：小型、简化的异步运行时。提供可用于包装 UnixStream 或 TcpListener 等结构的 Async trait。
• fuchsia-async：用于 Fuchsia OS 的执行器。

确定生态兼容性

并非所有异步应用、框架和库彼此兼容，或与每个 OS 或平台兼容。大多数异步代码可与任何生态配合使用，但某些框架和库要求使用特定生态。生态约束并不总是有文档说明，但有几条经验法则可判断库、trait 或函数是否依赖特定生态。

任何与异步 IO、定时器、进程间通信或任务交互的异步代码，通常依赖特定异步执行器或反应器。所有其他异步代码，如异步表达式、组合子、同步类型和流，通常是生态无关的，前提是任何嵌套的 future 也是生态无关的。开始项目前，建议调研相关异步框架和库，确保与所选运行时以及彼此兼容。

值得注意的是，Tokio 使用 mio 反应器并定义自己的异步 IO trait 版本，包括 AsyncRead 和 AsyncWrite。就其本身而言，它与依赖 async-executor crate 以及 futures 中定义的 AsyncRead 和 AsyncWrite trait 的 async-std 和 smol 不兼容。

冲突的运行时要求有时可通过兼容层解决，允许你在一个运行时内调用为另一运行时编写的代码。例如，async_compat crate 提供 Tokio 与其他运行时之间的兼容层。

暴露异步 API 的库不应依赖特定执行器或反应器，除非需要生成任务或定义自己的异步 IO 或定时器 future。理想情况下，只有二进制文件应负责调度和运行任务。

单线程与多线程执行器

异步执行器可以是单线程或多线程的。例如，async-executor crate 既有单线程 LocalExecutor，也有多线程 Executor。

多线程执行器可同时推进多个任务。对任务众多的工作负载，它可以大幅加速执行，但任务间同步数据通常更昂贵。在选择单线程还是多线程运行时时，建议为你的应用测量性能。

任务可以在创建它们的线程上运行，也可以在单独线程上运行。异步运行时通常提供在单独线程上生成任务的功能。即使任务在单独线程上执行，它们仍应是非阻塞的。要在多线程执行器上调度任务，它们还必须是 Send 的。某些运行时提供生成非 Send 任务的函数，确保每个任务在生成它的线程上执行。它们还可能提供在专用线程上生成阻塞任务的函数，这对从其他库运行阻塞同步代码很有用。