Why Async?

为什么选择 Rust ？

我们都喜欢 Rust 这种可以让我们去编写高性能且安全的软件的特性。但在异步编程中，如何同样的保证这一点呢？

异步编程，或简称异步，是一种被越来越多的语言所支持的并发编程模式。它允许你在少量的 OS 进程上运行大量的并发任务，通过使用async/await语法，可同时使其在使用和感观上基本等同于普通的同步编程。

异步与其它并发模式对比

并发编程并不如常规的同步编程成熟，也没那么标准化。因此，我们需根据语言支持的并发模型，以不同的方式表达并发。下面简单介绍最受欢迎的并发模型，这应该可以帮助你去理解异步编程如何适应更广泛的并发编程领域：

OS 线程 不需要对编程模型进行任何修改，这使你可非常方便的进行并发编程。然而，在线程之间进行同步很困难，且带来的性能开销很大。线程池可减少一些开销，但并不足以满足海量的 I/O 密集工作负载。
事件驱动编程（Event-driven programming），与回调结合来使用，可以非常高效，但往往会导致冗长的，非线性的控制流。数据流和错误信息通常难以追踪。
协程，和线程一样，不需要对编程模型进行任何修改，这使得使用它变得非常简单。同时和异步一样，它也可以支持海量的任务。但是，它抽象出了对系统编程来说很重要的低级细节与自定义运行时的执行器。
actor 模型 将所有的并发计算划分成actor单元，这使得错误信息的传递变得简单，就和分布式系统一样。actor 模型可以有效的实现并发编程，但它留下了许多未解决的实际问题，如流的控制和重试逻辑。

总之，异步编程可实现高性能计算，且适用于 Rust 这种低级编程语言，它同时提供了线程和协程中的大部分人性化的优点。

Rust 与其它语言中的异步对比

尽管在许多语言中，都支持进行异步编程，但一些细节因实现而异。Rust 对异步的实现与大部分编程语言有以下几个不同：

Rust 中的 Futures 只有在进行轮询时，才会执行，删除 future 会停止其进一步执行。
Rust 中 Async 是零开销 的，这意味着只有所执行的任务才会消耗算力，具体来讲，你没有在 async 过程中进行堆的分配和动态调度，这可使性能得到充分的发挥！这让你可以在资源有限的环境中使用 async，如嵌入式系统中。
Rust 并未提供内置运行时环境，而是由社区维护的 crates 提供。
Rust 中提供了 单线程和多线程 的运行时环境，它们各有不同的优势与缺点。

Rust 中异步和多线程的对比

Rust 中异步的主要替代方法是使用系统进程，或直接使用 std::thread生成，亦或通过线程池调用。从线程迁移至异步，通常的主要工作是进行重构，去实现功能和暴露的 APIS（如果你构建一个库），反之亦然。所以，在早期选定适合你需求的模型会大大节省你的开发时间。

系统线程 适用于少量的任务，因为进程会消耗 CPU 和内存的开销。生成新进程或是在进程之间切换的代价很高，即使是空闲的进程也在消耗系统资源。诚然，使用进程池会一定程度上减少这些开销，但不能消除。好处是，使用线程可以让你无需对代码进行大量修改即可复用——即其不需要特定的编程模型。在一些系统中，你可以定义线程的优先级，这在如驱动或其它低延时程序中非常有用。

异步可显著的降低带来的 CPU 和内存的消耗，特别是对于海量 IO 密集型的任务负载，如服务器和数据库。在其它条件相同的情况下，它可以使你运行比使用系统线程时多几个数量级的任务，因为异步的运行时环境使用少量（高代价）的线程来处理巨量的（廉价）的任务。然而，由于异步函数生成了大量的状态机，且每个都可执行块都绑定了一个异步运行时环境，其生成了更大的二进制 blobs。

最后提醒一下，异步并不比进程好，它们只是实现不同。如果出于性能方面考虑并不一定要使用异步，那线程通常会是一个更简单的选择。

示例: 并发下载

在这个例子中，我们要实现同时下载两个页面。在典型的线程应用中，我们需要创建线程来实现并发：

fn get_two_sites() {
    // Spawn two threads to do work.
    let thread_one = thread::spawn(|| download("https://www.foo.com"));
    let thread_two = thread::spawn(|| download("https://www.bar.com"));

    // Wait for both threads to complete.
    thread_one.join().expect("thread one panicked");
    thread_two.join().expect("thread two panicked");
}

然而，下载一个网页是个极小的任务，为之创建一个进程是十分浪费资源的，在一个更大的程序中，它很容易成为瓶颈。在 Rust 异步中，我们可以并行的运行这些任务而无需额外进程。

async fn get_two_sites_async() {
    // Create two different "futures" which, when run to completion,
    // will asynchronously download the webpages.
    let future_one = download_async("https://www.foo.com");
    let future_two = download_async("https://www.bar.com");

    // Run both futures to completion at the same time.
    join!(future_one, future_two);
}

这里，没有创建额外的进程。此外，所有的函数调用都是静态分配的，没有额外的堆分配！但是，我们首先需要实现异步编程，而此书将帮助你完成它。

Rust 中的自定义并发模型

最后一点要强调的是，Rust 并不强制你在线程和异步之间做出选择。你可以在一个程序中同时使用这两种模型，有时混合使用线程和异步依赖时会有更好的效果。实际上，你还可以同时使用其它不同的并发模型，如事件驱动编程，只要你找到一个合适的库来实现它！

Asynchronous Programming in Rust