async/.await

在第一章，我們簡要介紹了 async/.await，並用它簡單架構一個簡易伺服器。本章節將深入探討 async/.await 的細節，解釋其運作原理，並比較 async 程式碼和傳統 Rust 程式的區別。

async/.await 是特殊的 Rust 語法，使其能轉移控制權到當前執行緒，而非阻塞之，並在等待操作完成的同時，允許其他程式碼繼續推進。

使用 async 有兩個主要途徑：async fn 與 async 區塊（block）。兩者皆返回一個實作 Future trait 的值：

# #![allow(unused_variables)]

#fn main() {
// `foo()` returns a type that implements `Future<Output = u8>`.
// `foo().await` will result in a value of type `u8`.
async fn foo() -> u8 { 5 }

fn bar() -> impl Future<Output = u8> {
    // This `async` block results in a type that implements
    // `Future<Output = u8>`.
    async {
        let x: u8 = foo().await;
        x + 5
    }
}
#}

如我們在第一章所見， async 函式主體和其他 future 都具有惰性：在執行前不做任何事。執行一個 Future 最常見的手段是 .await 它。當對一個 Future 呼叫 .await 時，會嘗試執行它到完成。若該 Future 阻塞，將會轉移控制權到當前的執行緒。而執行器會在該 Future 能取得更多進展時恢復執行它，讓 .await 得以解決。

async 生命週期

和其他傳統函式不同， async fn 會取得引用（reference）或其他非 'static 引數（argument），並返回一個綁定這些引數生命週期的 Future。

# #![allow(unused_variables)]
#fn main() {
// This function:
async fn foo(x: &u8) -> u8 { *x }

// Is equivalent to this function:
fn foo_expanded<'a>(x: &'a u8) -> impl Future<Output = u8> + 'a {
    async move { *x }
}
#}

這代表了從 async fn 返回的 future 只能在其非 '-static 引數的有效生命週期內被 await。

在常見的例子像在呼叫函式（如 foo(&x).await）立刻 await 該 future，這並不構成問題。不過，如果想保存或將這個 future 傳送到其他任務或執行緒中，這可能會發生問題。

常見將一個引用作為引數的 async fn 轉換為回傳一個 'static future 的方法是，將呼叫 async fn 需要的引數包裹在一個 async 區塊裡：

# #![allow(unused_variables)]
#fn main() {
fn bad() -> impl Future<Output = u8> {
    let x = 5;
    borrow_x(&x) // ERROR: `x` does not live long enough
}

fn good() -> impl Future<Output = u8> {
    async {
        let x = 5;
        borrow_x(&x).await
    }
}
#}

透過將引數移動到該 async 區塊，我們延長了引數的生命週期，使其匹配 foo 回傳的 Future。

async move

async 區塊（block） 與閉包（closure）可以使用 move 關鍵字，行為更類似一般的閉包。一個 async move block 會取得它引用到的變數之所有權，這些變數就可以活過（outlive）當前的作用範圍（scope），但也就得與放棄其他程式碼共享這些變數的好處。

# #![allow(unused_variables)]
#fn main() {
/// `async` block:
///
/// Multiple different `async` blocks can access the same local variable
/// so long as they're executed within the variable's scope
async fn blocks() {
    let my_string = "foo".to_string();

    let future_one = async {
        // ...
        println!("{}", my_string);
    };

    let future_two = async {
        // ...
        println!("{}", my_string);
    };

    // Run both futures to completion, printing "foo" twice:
    let ((), ()) = futures::join!(future_one, future_two);
}

/// `async move` block:
///
/// Only one `async move` block can access the same captured variable, since
/// captures are moved into the `Future` generated by the `async move` block.
/// However, this allows the `Future` to outlive the original scope of the
/// variable:
fn move_block() -> impl Future<Output = ()> {
    let my_string = "foo".to_string();
    async move {
        // ...
        println!("{}", my_string);
    }
}
#}

在多執行緒的執行器上 .await

請注意，當使用多執行緒的 Future 執行器時，因為 .await 可能導致環境切換至新執行緒，讓 Future 可能在不同執行緒間移動，所以任何用在 async 裡的變數都必須能在執行緒間傳輸。

這代表使用 Rc、&RefCell 或其他沒有實作 Send trait 的型別，包含沒實作 Sync trait 引用型別，都不安全。

（警告：只要不在呼叫 .await 的作用域裡，這些型別還是可以使用）

同樣地，在 .await 之間持有傳統非 future 的鎖不是個好主意，它可能會造成執行緒池（threadpool）完全鎖上：一個任務拿走了鎖，並且 .await 將控制權轉移至執行器，讓其他任務嘗試取得鎖，然後就造成死鎖（deadlock）。我們可以使用 futures::lock 而不是 std::sync 中的 Mutex 從而避免這件事。