10.5 async/await 入门：Future 与异步运行时

Rust 的并发模型不仅支持基于操作系统线程的并行执行，还提供了高效的异步编程能力，适用于 I/O 密集型任务（如网络请求、文件读写）。通过 async/await 语法和 Future trait，Rust 能在单线程中并发处理大量 I/O 操作，避免线程阻塞带来的资源浪费。

Future 与异步函数

在 Rust 中，异步函数返回一个 Future，它代表一个尚未完成的计算。调用异步函数不会立即执行，而是返回一个可被调度执行的 Future 对象：

async fn fetch_data() -> String {
    // 模拟网络延迟
    "data".to_string()
}

要真正执行这个函数，必须在一个异步运行时（async runtime）中 .await 它：

#[tokio::main]
async fn main() {
    let result = fetch_data().await;
    println!("{}", result);
}

await 会挂起当前异步任务，直到 Future 完成，期间运行时可调度其他任务执行，从而实现并发。

异步运行时：tokio 与 async-std

Rust 标准库不包含异步运行时，需依赖外部 crate。目前主流选择有：

• tokio：功能全面，性能优异，广泛用于生产环境；
• async-std：API 设计更贴近标准库，学习曲线平缓。

以 tokio 为例，添加依赖：

[dependencies]
tokio = { version = "1", features = ["full"] }

然后使用 #[tokio::main] 属性将 main 函数标记为异步入口：

#[tokio::main]
async fn main() {
    // 异步代码
}

并发执行多个异步任务

使用 tokio::spawn 可并发启动多个异步任务：

use tokio;

#[tokio::main]
async fn main() {
    let task1 = tokio::spawn(async {
        println!("Task 1 start");
        tokio::time::sleep(tokio::time::Duration::from_millis(100)).await;
        println!("Task 1 done");
    });

    let task2 = tokio::spawn(async {
        println!("Task 2 start");
        tokio::time::sleep(tokio::time::Duration::from_millis(50)).await;
        println!("Task 2 done");
    });

    task1.await.unwrap();
    task2.await.unwrap();
}

输出顺序可能交错，表明任务并发执行。

异步与同步代码的界限

• 异步函数只能在异步上下文中调用（即另一个 async 函数内或运行时中）；
• 阻塞操作（如 thread::sleep）不应在异步任务中使用，应改用异步等价物（如 tokio::time::sleep），否则会阻塞整个运行时线程；
• async 不等于“多线程”——默认情况下，tokio 使用单线程调度器（可通过配置启用多线程）。

与传统线程模型的对比

小结

async/await 是 Rust 处理高并发 I/O 的核心机制。它通过 Future 和运行时调度，在保持代码可读性的同时实现高效资源利用。虽然需要引入外部运行时（如 tokio），但其生态成熟、性能卓越。掌握异步编程，是构建现代网络服务、Web 后端和高性能客户端应用的关键技能。后续深入可探索流（Stream）、异步通道（tokio::sync::mpsc）和异步锁等高级特性。