Rust async/await

async/await 与 Future 模型：异步函数返回 Future，需执行器驱动；.await 点协作式让出。

#concept #growing #dev #rust

[!info] related notes

所属 MOC：并发与异步 · 学习路线

前置概念：Trait、错误处理、线程

后续概念：Tokio、并发模式

容易混淆：OS 线程并行

Rust async/await

这个概念为什么出现

高并发 I/O 若一连接一线程成本高。
Rust 的 async/await 提供零成本风格的异步语法：async fn 变成实现 Future 的状态机，由运行时轮询。

[!abstract] 一句话理解 async fn 返回 impl Future；.await 在 Future 未就绪时让出执行；没有执行器，Future 不会自己跑起来。

最小语法示例：创建但不驱动 Future

场景：可组合的异步“假 I/O”——顺序等待两个步骤

以下程序只证明 async 函数可以创建 Future，不演示执行器或真实 I/O。标准库提供 Future/poll 协议，运行时集成见 Tokio。

// 业务意图：表达“先校验、再计费”两步异步流程的代码形状。
// 教学点：async fn 返回 Future；需要执行器才能运行。
// 注意：本示例在 stable 上若无执行器，仅展示函数形态，不直接在 main await。

async fn validate_order(id: u64) -> Result<(), String> {
    if id == 0 {
        return Err("bad id".into());
    }
    Ok(())
}

async fn charge(id: u64) -> Result<u32, String> {
    validate_order(id).await?;
    Ok(100) // 金额分
}

// 生产环境：
// #[tokio::main]
// async fn main() { charge(1).await.unwrap(); }
fn main() {
    println!("async functions compile to futures; run them with an executor (e.g. Tokio)");
    let _future = charge(1); // 创建 Future 但未驱动
}

建议运行：cargo run

期望输出：

async functions compile to futures; run them with an executor (e.g. Tokio)

结合场景再看三个关注点

Future 惰性：创建 ≠ 执行
.await 只在 async 上下文
错误用 Result + ? 同样适用

核心概念与准确模型

Future 的 poll 返回 Pending/Ready；Pending 时需安排在可推进后唤醒任务。Future 完成后不应再随意 poll
await 只有等待的 Future 返回 Pending 才暂停当前任务；立即 Ready 的 await 不保证让出执行权
执行器/反应器：调度与 I/O 事件
Pin：自引用状态机安全
丢弃未完成的 Future 会停止继续轮询并释放其持有状态，但不会回滚已发生的 I/O 或保证独立后台工作停止；丢弃 Tokio JoinHandle 会分离任务，不是取消该任务

async 是并发模型，不等于多线程并行；可与多线程运行时组合。

设计动机

语言级 async 语法
与所有权/借用兼容
生态可插拔运行时（Tokio、async-std 等）

边界与误区

在 async 中阻塞会卡住工作线程
不要 std::thread::sleep 代替 tokio::time::sleep
async trait 历史演进（RPITIT/async fn in trait 等按版本）

[!warning] 常见误区：认为 async fn 会自动并行顺序 await 通常顺序推进；join! 可在同一任务内并发轮询多个 Future，不保证多核并行。spawn 创建独立任务，是否并行取决于执行器与负载。

工程实践

I/O 密集服务用 async 运行时
阻塞工作可移到 spawn_blocking；持续 CPU 密集工作应限制并发或用专门线程池，已开始的阻塞任务通常不能靠 abort 中断
统一错误与超时
取消与优雅关闭一起设计

本节总结

Future + 执行器
await 协作式
生态运行时承接工程细节

自测题

为什么 main 不能直接 .await？
Future 被 drop 意味着什么？

参考答案

main 默认不是 async 上下文，且需要执行器。
不再推进这个 Future 并清理其状态；已经发生的外部副作用不撤销，也不能据此断言它启动的其他任务已停止。

延伸阅读与资料来源

资料	类型	支撑内容
The Async Book	官方社区书	async 模型
std::future::Future	标准库	Future
Tokio tutorial	生态	实践