Rust 异步编程 —— 线程与协程

在 Rust 中，异步编程是一个非常重要且具有挑战性的主题。Rust 通过其所有权模型和借用检查器提供了强大的并发保障。在讨论 Rust 的异步编程时，我们常常会涉及线程和协程这两个概念。

线程

线程是操作系统调度的基本单位。在多线程编程中，每个线程都有自己的栈和可能独立的堆数据。Rust 的标准库提供了对多线程编程的支持，主要通过 std::thread 模块。使用多线程时，可以充分利用多核 CPU 的能力，实现并行计算。然而，线程上下文切换的开销较大，且多线程编程容易引入竞争条件（race conditions）等复杂问题。

在 Rust 中创建线程可以使用 std::thread::spawn 函数。例如：

use std::thread;

fn main() {
    let handle = thread::spawn(|| {
        println!("Hello from a thread!");
    });

    handle.join().unwrap();
}

协程

协程是一种轻量级的用户态线程，非抢占式调度（由程序显示让出控制权）。与操作系统线程相比，协程的创建和切换开销更低，适合用于高并发的场景。协程在 Rust 中通常由异步运行时（如 Tokio、async-std 等）来实现。

在 Rust 中，协程通常与 async/await 语法糖一起使用。async 用来定义一个异步函数，而 await 用来等待一个异步操作完成。例如：

#![feature(async_closure)]

fn main() {
    let future = async {
        println!("Hello from an async block!");
    };

    // 在当前线程中运行这个 future
    futures::executor::block_on(future);
}

异步运行时

为了运行异步代码，你需要一个异步运行时（runtime）。运行时负责管理协程的调度和执行。常见的 Rust 异步运行时包括：

• Tokio: 一个强大且广泛使用的异步运行时，提供了丰富的异步 I/O 和其他功能。
• async-std: 一个旨在提供标准库风格 API 的异步运行时。
• smol: 一个轻量级的异步运行时，适合嵌入式或资源受限的环境。

使用 Tokio 来运行一个简单的异步任务：

use tokio::task;

#[tokio::main]
async fn main() {
    task::spawn(async {
        println!("Hello from a Tokio task!");
    })
    .await
    .unwrap();
}

选择线程还是协程

• 使用线程：当你需要真正的并行计算（比如 CPU 密集型任务）或需要与操作系统的特定特性交互时，使用线程可能更合适。

• 使用协程：对于 I/O 密集型任务或高并发场景，协程是更好的选择。它们可以更高效地利用系统资源，提供更好的响应性和吞吐量。

通过理解线程和协程的区别和适用场景，你可以更好地利用 Rust 的并发特性，编写高效且可靠的异步程序。