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通过任务(task)掌握异步编程

Rust 通过任务提供异步性, 任务是:

能够单独运行的工作碎块(也就是可以并发处理), 比较像是OS线程.
轻量级的, 这样就不需要一整个OS线程. 取而代之的是OS线程可以整合任意数量的独立任务, 也就是我们常说的"M:N 线程", 或"用户空间线程"

关键的想法(idea)是, 如果一个任务可能阻塞线程以等待外部事件发生, 那么它马上返还控制权给执行器线程, 执行器能够马上处理其他任务.

为了知道这些想法是如何实现的, 在这个章节的教程里, 我们会用futures包来构建一个玩具版的任务模型和执行器. 在本章的最后, 我们会将这些玩具与更加巧妙的抽象方式联系起来, 并将其应用到真实的系统当中.

我们从定义一个简单的任务trait开始. 一个任务包含一些(很可能正在进行)的工作, 你可以告诉任务尝试去调用poll方法来完成工作:


# #![allow(unused_variables)]
#fn main() {
/// An independent, non-blocking computation
trait ToyTask {
    /// Attempt to finish executing the task, returning `Async::Pending`
    /// if the task needs to wait for an event before it can complete.
    fn poll(&mut self, wake: &Waker) -> Async<()>;
}
#}

该任务会在那时尽可能地完成工作, 但是它也可以遇到了需要等待事件发生, 例如套接字中可用的数据. 这时候任务不应该阻塞线程, 而是返回Async::Pending:


# #![allow(unused_variables)]
#fn main() {
enum Async<T> {
    /// Work completed with a result of type `T`.
    Ready(T),

    /// Work was blocked, and the task is set to be woken when ready
    /// to continue.
    Pending,
}
#}

任务返回而不是阻塞给了底层线程去做其他有用的工作的机会(例如调用不同任务的 poll方法). 但是我们怎么只要什么时候要再尝试调用原本任务的poll方法呢?

如果你回过头看ToyTask::poll方法, 你会发现有个参数waker. 这个值是waker类型的一个实例, 提供了唤醒任务的方法:


# #![allow(unused_variables)]
#fn main() {
#[derive(Clone)]
struct Waker { .. }

impl Waker {
    /// Signals that the associated task is ready to be `poll`ed again.
    pub fn wake(&self) { ... }
}
#}

所以**无论什么时候你执行了一个任务, 你同时也会给他一个用于以后唤醒该任务的句柄 (handle).**如果这个任务因为他在等待套接字上的数据而无法被处理, 它可以把waker句柄告诉给套接字, 那么当数据可用的时候, waker就会被调用.

The Waker type is essentially just a trait object for the Wake trait, which allows different executors to use different wakeup strategies: Waker类型实际上是Wake trait的trait对象, 允许不同的执行器执行不同的唤醒策略:


# #![allow(unused_variables)]
#fn main() {
trait Wake: Send + Sync {
    /// Signals that the associated task is ready to be `poll`ed again.;
    fn wake(arced: &Arc<Self>)
}

impl<T: Wake + 'static> From<Arc<T>> for Waker {
    fn from(wake: Arc<T>) -> Waker { ... }
}
#}

不过这有点抽象. 我们再具体过一遍整个故事吧, 也就是在本章我们要构建:

一个可以在单个OS线程上跑任意数量的任务的简单任务执行器
一个能够基于定时事件唤醒任务的简单定时时间循环
一个会将上面两者整合在一起的简单的实例

只要你理解了这些机制, 你就建立了理解这本书其他内容的基础.

Asynchronous Programming in Rust

通过任务(task)掌握异步编程