运行时模型

现在我们将介绍Tokio /future运行时模型。 Tokio构建在future箱顶部并使用其运行时模型。这允许它也使用future箱与其他图书馆互操作。

注意：此运行时模型与其他语言中的异步库非常不同。虽然在较高的层面上，API看起来很相似，但代码执行方式却有所不同。

同步模型

首先，让我们简要谈谈同步（或阻塞）模型。这是Rust标准库使用的模型。

// let socket = ...;
let mut buf = [0; 1024];
let n = socket.read(&mut buf).unwrap();

// Do something with &buf[..n];

调用socket.read时，无论套接字在其缓冲区中是否有待处理数据，如果有待处理的数据，则读取的调用将立即返回，并且buf将填充该数据。如果没有未决数据，则read函数将阻止当前线程，直到收到数据。此时，buf将填充此新接收的数据，并且将返回read函数

为了同时在许多不同的套接字上并发执行读取，每个套接字需要一个线程。每个套接字使用一个线程不能很好地扩展到大量的套接字。这被称为c10k问题。

非阻塞套接字

在执行像read这样的操作时避免阻塞线程的方法是不阻塞线程！当套接字在其接收缓冲区中没有未决数据时，read函数立即返回，表明套接字“未准备好”以执行读取操作。

使用Tokio TcpStream时，如果没有要读取的待处理数据，则对read的调用将返回类型ErrorKind :: WouldBlock的错误。此时，调用者负责稍后再次调用read。诀窍是知道“晚些时候”的时间。

考虑非阻塞读取的另一种方法是“轮询”套接字以读取数据。

轮询模型

轮询套接字数据的策略可以推广到任何操作。例如，在轮询模型中获取“小部件”的函数看起来像这样：

fn poll_widget() -> Async<Widget> { ... }

此函数返回Async <Widget>，其中Async是Ready（Widget）或NotReady的枚举。 Async枚举由future箱提供，是轮询模型的构建块之一。

现在，让我们定义一个没有使用此poll_widget函数的组合器的异步任务。该任务将执行以下操作：

获取小部件。
将小部件打印到STDOUT。
终止任务。

为了定义任务，我们实现了Future trait。

///轮询单个小部件并将其写入STDOUT的任务。
pub struct MyTask;

impl Future for MyTask {
    type Item = ();
    type Error = ();

    fn poll(&mut self) -> Result<Async<()>, ()> {
        match poll_widget() {
            Async::Ready(widget) => {
                println!("widget={:?}", widget);
                Ok(Async::Ready(()))
            }
            Async::NotReady => {
                return Ok(Async::NotReady);
            }
        }
    }
}

重要提示： 返回Async :: NotReady具有特殊含义。有关详细信息，请参阅下一节。

需要注意的关键是，当调用MyTask :: poll时，它会立即尝试获取小部件。如果对poll_widget的调用返回NotReady，则该任务无法继续进行。然后任务返回NotReady，表明它尚未准备好完成处理。

任务实现不会阻止。相反，“将来的某个时间”，执行者将再次调用MyTask :: poll。将再次调用poll_widget。如果poll_widget已准备好返回窗口小部件，则该任务又可以打印窗口小部件。然后，可以通过返回Ready来完成任务。

执行者(Executors)

为了使任务取得进展，必须调用MyTask :: poll。这就是执行者的工作。

执行程序负责反复调用任务轮询，直到返回Ready。有很多不同的方法可以做到这一点。例如，CurrentThread执行者将阻止当前线程并遍历所有生成的任务，并对它们调用poll。 ThreadPool在线程池中调度任务。这也是运行时使用的默认执行者。

必须在执行者上生成所有任务，否则不会执行任何工作。

在最简单的情况下，执行者可能看起来像这样：

pub struct SpinExecutor {
    tasks: VecDeque<Box<Future<Item = (), Error = ()>>>,
}

impl SpinExecutor {
    pub fn spawn<T>(&mut self, task: T)
    where T: Future<Item = (), Error = ()> + 'static
    {
        self.tasks.push_back(Box::new(task));
    }

    pub fn run(&mut self) {
        while let Some(mut task) = self.tasks.pop_front() {
            match task.poll().unwrap() {
                Async::Ready(_) => {}
                Async::NotReady => {
                    self.tasks.push_back(task);
                }
            }
        }
    }
}

当然，这不会非常有效。执行程序在一个繁忙的循环中运转并尝试轮询所有任务，即使任务将再次返回NotReady。

理想情况下，执行者可以通过某种方式知道任务的“准备就绪”状态何时被改变，即当轮询调用返回Ready时。执行者看起来像这样：

    pub fn run(&mut self) {
        loop {
            while let Some(mut task) = self.ready_tasks.pop_front() {
                match task.poll().unwrap() {
                    Async::Ready(_) => {}
                    Async::NotReady => {
                        self.not_ready_tasks.push_back(task);
                    }
                }
            }

            if self.not_ready_tasks.is_empty() {
                return;
            }

            // Put the thread to sleep until there is work to do
            self.sleep_until_tasks_are_ready();
        }
    }

# 运行时模型

# 同步模型

# 非阻塞套接字

# 轮询模型

# 执行者(Executors)

运行时模型

同步模型

非阻塞套接字

轮询模型

执行者(Executors)