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<!DOCTYPE HTML>
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<html lang="zh-CN" class="light" dir="ltr">
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<head>
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<!-- Book generated using mdBook -->
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<meta charset="UTF-8">
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<title>tokio 概览 - Rust语言圣经(Rust Course)</title>
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<!-- Custom HTML head -->
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<meta name="description" content="">
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<meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1">
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<meta name="theme-color" content="#ffffff">
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<link rel="icon" href="../favicon.svg">
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<link rel="shortcut icon" href="../favicon.png">
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<link rel="stylesheet" href="../css/variables.css">
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<link rel="stylesheet" href="../css/general.css">
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<link rel="stylesheet" href="../css/chrome.css">
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<link rel="stylesheet" href="../css/print.css" media="print">
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<!-- Fonts -->
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<link rel="stylesheet" href="../FontAwesome/css/font-awesome.css">
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<link rel="stylesheet" href="../fonts/fonts.css">
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<!-- Highlight.js Stylesheets -->
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<link rel="stylesheet" href="../highlight.css">
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<link rel="stylesheet" href="../tomorrow-night.css">
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<link rel="stylesheet" href="../ayu-highlight.css">
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<!-- Custom theme stylesheets -->
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<link rel="stylesheet" href="../theme/style.css">
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</head>
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<body class="sidebar-visible no-js">
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<div id="body-container">
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<!-- Provide site root to javascript -->
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<script>
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var path_to_root = "../";
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var default_theme = window.matchMedia("(prefers-color-scheme: dark)").matches ? "navy" : "light";
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</script>
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<!-- Work around some values being stored in localStorage wrapped in quotes -->
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<script>
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try {
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var theme = localStorage.getItem('mdbook-theme');
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var sidebar = localStorage.getItem('mdbook-sidebar');
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if (theme.startsWith('"') && theme.endsWith('"')) {
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localStorage.setItem('mdbook-theme', theme.slice(1, theme.length - 1));
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}
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if (sidebar.startsWith('"') && sidebar.endsWith('"')) {
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localStorage.setItem('mdbook-sidebar', sidebar.slice(1, sidebar.length - 1));
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}
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} catch (e) { }
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</script>
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<!-- Set the theme before any content is loaded, prevents flash -->
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<script>
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var theme;
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try { theme = localStorage.getItem('mdbook-theme'); } catch(e) { }
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if (theme === null || theme === undefined) { theme = default_theme; }
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var html = document.querySelector('html');
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html.classList.remove('light')
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html.classList.add(theme);
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var body = document.querySelector('body');
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body.classList.remove('no-js')
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body.classList.add('js');
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</script>
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<input type="checkbox" id="sidebar-toggle-anchor" class="hidden">
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<!-- Hide / unhide sidebar before it is displayed -->
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<script>
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var body = document.querySelector('body');
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var sidebar = null;
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var sidebar_toggle = document.getElementById("sidebar-toggle-anchor");
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if (document.body.clientWidth >= 1080) {
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try { sidebar = localStorage.getItem('mdbook-sidebar'); } catch(e) { }
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sidebar = sidebar || 'visible';
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} else {
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sidebar = 'hidden';
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}
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sidebar_toggle.checked = sidebar === 'visible';
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body.classList.remove('sidebar-visible');
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body.classList.add("sidebar-" + sidebar);
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</script>
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<nav id="sidebar" class="sidebar" aria-label="Table of contents">
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<div class="sidebar-scrollbox">
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<ol class="chapter"><li class="chapter-item affix "><a href="../about-book.html">关于本书</a></li><li class="chapter-item affix "><a href="../into-rust.html">进入 Rust 编程世界</a></li><li class="chapter-item affix "><a href="../first-try/sth-you-should-not-do.html">避免从入门到放弃</a></li><li class="chapter-item affix "><a href="../community.html">社区和锈书</a></li><li class="spacer"></li><li class="chapter-item affix "><a href="../some-thoughts.html">Datav: 可编程的数据可视化平台和可观测性平台</a></li><li class="chapter-item affix "><li class="part-title">Rust 语言基础学习</li><li class="spacer"></li><li class="chapter-item "><a href="../first-try/intro.html"><strong aria-hidden="true">1.</strong> 寻找牛刀，以便小试</a><a class="toggle"><div>❱</div></a></li><li><ol class="section"><li class="chapter-item "><a href="../first-try/installation.html"><strong aria-hidden="true">1.1.</strong> 安装 Rust 环境</a></li><li class="chapter-item "><a href="../first-try/editor.html"><strong aria-hidden="true">1.2.</strong> 墙推 VSCode!</a></li><li class="chapter-item "><a href="../first-try/cargo.html"><strong aria-hidden="true">1.3.</strong> 认识 Cargo</a></li><li class="chapter-item "><a href="../first-try/hello-world.html"><strong aria-hidden="true">1.4.</strong> 不仅仅是 Hello world</a></li><li class="chapter-item "><a href="../first-try/slowly-downloading.html"><strong aria-hidden="true">1.5.</strong> 下载依赖太慢了？</a></li></ol></li><li class="chapter-item "><a href="../basic/intro.html"><strong aria-hidden="true">2.</strong> Rust 基础入门</a><a class="toggle"><div>❱</div></a></li><li><ol class="section"><li class="chapter-item "><a href="../basic/variable.html"><strong aria-hidden="true">2.1.</strong> 变量绑定与解构</a></li><li class="chapter-item "><a href="../basic/base-type/index.html"><strong aria-hidden="true">2.2.</strong> 基本类型</a><a class="toggle"><div>❱</div></a></li><li><ol class="section"><li class="chapter-item "><a href="../basic/base-type/numbers.html"><strong aria-hidden="true">2.2.1.</strong> 数值类型</a></li><li class="chapter-item "><a href="../basic/base-type/char-bool.html"><strong aria-hidden="true">2.2.2.</strong> 字符、布尔、单元类型</a></li><li class="chapter-item "><a href="../basic/base-type/statement-expression.html"><strong aria-hidden="true">2.2.3.</strong> 语句与表达式</a></li><li class="chapter-item "><a href="../basic/base-type/function.html"><strong aria-hidden="true">2.2.4.</strong> 函数</a></li></ol></li><li class="chapter-item "><a href="../basic/ownership/index.html"><strong aria-hidden="true">2.3.</strong> 所有权和借用</a><a class="toggle"><div>❱</div></a></li><li><ol class="section"><li class="chapter-item "><a href="../basic/ownership/ownership.html"><strong aria-hidden="true">2.3.1.</strong> 所有权</a></li><li class="chapter-item "><a href="../basic/ownership/borrowing.html"><strong aria-hidden="true">2.3.2.</strong> 引用与借用</a></li></ol></li><li class="chapter-item "><a href="../basic/compound-type/intro.html"><strong aria-hidden="true">2.4.</strong> 复合类型</a><a class="toggle"><div>❱</div></a></li><li><ol class="section"><li class="chapter-item "><a href="../basic/compound-type/string-slice.html"><strong aria-hidden="true">2.4.1.</strong> 字符串与切片</a></li><li class="chapter-item "><a href="../basic/compound-type/tuple.html"><strong aria-hidden="true">2.4.2.</strong> 元组</a></li><li class="chapter-item "><a href="../basic/compound-type/struct.html"><strong aria-hidden="true">2.4.3.</strong> 结构体</a></li><li class="chapter-item "><a href="../basic/compound-type/enum.html"><strong aria-hidden="true">2.4.4.</strong> 枚举</a></li><li class="chapter-item "><a href="../basic/compound-type/array.html"><strong aria-hidden="true">2.4.5.</strong> 数组</a></li></ol></li><li class="chapter-item "><a href="../basic/flow-control.html"><strong aria-hidden="true">2.5.</strong> 流程控制</a></li><li class="cha
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</div>
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<div id="sidebar-resize-handle" class="sidebar-resize-handle">
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<div class="sidebar-resize-indicator"></div>
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</div>
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</nav>
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<!-- Track and set sidebar scroll position -->
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<script>
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var sidebarScrollbox = document.querySelector('#sidebar .sidebar-scrollbox');
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sidebarScrollbox.addEventListener('click', function(e) {
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if (e.target.tagName === 'A') {
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sessionStorage.setItem('sidebar-scroll', sidebarScrollbox.scrollTop);
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}
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}, { passive: true });
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var sidebarScrollTop = sessionStorage.getItem('sidebar-scroll');
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sessionStorage.removeItem('sidebar-scroll');
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if (sidebarScrollTop) {
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// preserve sidebar scroll position when navigating via links within sidebar
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sidebarScrollbox.scrollTop = sidebarScrollTop;
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} else {
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// scroll sidebar to current active section when navigating via "next/previous chapter" buttons
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var activeSection = document.querySelector('#sidebar .active');
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if (activeSection) {
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activeSection.scrollIntoView({ block: 'center' });
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}
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}
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</script>
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<div id="page-wrapper" class="page-wrapper">
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<div class="page">
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<div id="menu-bar-hover-placeholder"></div>
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<div id="menu-bar" class="menu-bar sticky">
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<div class="left-buttons">
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<label id="sidebar-toggle" class="icon-button" for="sidebar-toggle-anchor" title="Toggle Table of Contents" aria-label="Toggle Table of Contents" aria-controls="sidebar">
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<i class="fa fa-bars"></i>
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</label>
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<button id="theme-toggle" class="icon-button" type="button" title="Change theme" aria-label="Change theme" aria-haspopup="true" aria-expanded="false" aria-controls="theme-list">
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<i class="fa fa-paint-brush"></i>
|
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</button>
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<ul id="theme-list" class="theme-popup" aria-label="Themes" role="menu">
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<li role="none"><button role="menuitem" class="theme" id="light">Light</button></li>
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<li role="none"><button role="menuitem" class="theme" id="rust">Rust</button></li>
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<li role="none"><button role="menuitem" class="theme" id="coal">Coal</button></li>
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<li role="none"><button role="menuitem" class="theme" id="navy">Navy</button></li>
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<li role="none"><button role="menuitem" class="theme" id="ayu">Ayu</button></li>
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</ul>
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<button id="search-toggle" class="icon-button" type="button" title="Search. (Shortkey: s)" aria-label="Toggle Searchbar" aria-expanded="false" aria-keyshortcuts="S" aria-controls="searchbar">
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<i class="fa fa-search"></i>
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</button>
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</div>
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<h1 class="menu-title">Rust语言圣经(Rust Course)</h1>
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<div class="right-buttons">
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<a href="../print.html" title="Print this book" aria-label="Print this book">
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<i id="print-button" class="fa fa-print"></i>
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</a>
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<a href="https://github.com/sunface/rust-course" title="Git repository" aria-label="Git repository">
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<i id="git-repository-button" class="fa fa-github"></i>
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</a>
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<a href="https://github.com/sunface/rust-course/edit/main/src/advance-practice/overview.md" title="Suggest an edit" aria-label="Suggest an edit">
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<i id="git-edit-button" class="fa fa-edit"></i>
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</a>
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</div>
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</div>
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<div id="search-wrapper" class="hidden">
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<form id="searchbar-outer" class="searchbar-outer">
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<input type="search" id="searchbar" name="searchbar" placeholder="Search this book ..." aria-controls="searchresults-outer" aria-describedby="searchresults-header">
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</form>
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|
<div id="searchresults-outer" class="searchresults-outer hidden">
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<div id="searchresults-header" class="searchresults-header"></div>
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<ul id="searchresults">
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</ul>
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</div>
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</div>
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<!-- Apply ARIA attributes after the sidebar and the sidebar toggle button are added to the DOM -->
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<script>
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document.getElementById('sidebar-toggle').setAttribute('aria-expanded', sidebar === 'visible');
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document.getElementById('sidebar').setAttribute('aria-hidden', sidebar !== 'visible');
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Array.from(document.querySelectorAll('#sidebar a')).forEach(function(link) {
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link.setAttribute('tabIndex', sidebar === 'visible' ? 0 : -1);
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});
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</script>
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<div id="content" class="content">
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<!-- Page table of contents -->
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<div class="sidetoc"><nav class="pagetoc"></nav></div>
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<main>
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<h1 id="tokio-概览"><a class="header" href="#tokio-概览">tokio 概览</a></h1>
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<p>对于 Async Rust，最最重要的莫过于底层的异步运行时，它提供了执行器、任务调度、异步 API 等核心服务。简单来说，使用 Rust 提供的 <code>async/await</code> 特性编写的异步代码要运行起来，就必须依赖于异步运行时，否则这些代码将毫无用处。</p>
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<h2 id="异步运行时"><a class="header" href="#异步运行时">异步运行时</a></h2>
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<p>Rust 语言本身只提供了异步编程所需的基本特性，例如 <code>async/await</code> 关键字，标准库中的 <code>Future</code> 特征，官方提供的 <code>futures</code> 实用库，这些特性单独使用没有任何用处，因此我们需要一个运行时来将这些特性实现的代码运行起来。</p>
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<p>异步运行时是由 Rust 社区提供的，它们的核心是一个 <code>reactor</code> 和一个或多个 <code>executor</code>(执行器):</p>
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<ul>
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<li><code>reactor</code> 用于提供外部事件的订阅机制，例如 <code>I/O</code> 、进程间通信、定时器等</li>
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<li><code>executor</code> 在上一章我们有过深入介绍，它用于调度和执行相应的任务( <code>Future</code> )</li>
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</ul>
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<p>目前最受欢迎的几个运行时有:</p>
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<ul>
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<li><a href="https://github.com/tokio-rs/tokio"><code>tokio</code></a>，目前最受欢迎的异步运行时，功能强大，还提供了异步所需的各种工具(例如 tracing )、网络协议框架(例如 HTTP，gRPC )等等</li>
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<li><a href="https://github.com/async-rs/async-std"><code>async-std</code></a>，最大的优点就是跟标准库兼容性较强</li>
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<li><a href="https://github.com/smol-rs/smol"><code>smol</code></a>, 一个小巧的异步运行时</li>
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</ul>
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<p>但是，大浪淘沙，留下的才是金子，随着时间的流逝，<code>tokio</code>越来越亮眼，无论是性能、功能还是社区、文档，它在各个方面都异常优秀，时至今日，可以说已成为事实上的标准。</p>
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<h4 id="异步运行时的兼容性"><a class="header" href="#异步运行时的兼容性">异步运行时的兼容性</a></h4>
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<p>为何选择异步运行时这么重要？不仅仅是它们在功能、性能上存在区别，更重要的是当你选择了一个，往往就无法切换到另外一个，除非异步代码很少。</p>
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<p>使用异步运行时，往往伴随着对它相关的生态系统的深入使用，因此耦合性会越来越强，直至最后你很难切换到另一个运行时，例如 <code>tokio</code> 和 <code>async-std</code> ，就存在这种问题。</p>
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<p>如果你实在有这种需求，可以考虑使用 <a href="https://github.com/smol-rs/async-compat"><code>async-compat</code></a>，该包提供了一个中间层，用于兼容 <code>tokio</code> 和其它运行时。</p>
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<h4 id="结论"><a class="header" href="#结论">结论</a></h4>
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<p>相信大家看到现在，心中应该有一个结论了。首先，运行时之间的不兼容性，让我们必须提前选择一个运行时，并且在未来坚持用下去，那这个运行时就应该是最优秀、最成熟的那个，<code>tokio</code> 几乎成了不二选择，当然 <code>tokio</code> 也有自己的问题：更难上手和运行时之间的兼容性。</p>
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<p>如果你只用 <code>tokio</code> ，那兼容性自然不是问题，至于难以上手，Rust 这么难，我们都学到现在了，何况区区一个异步运行时，在本书的帮助下，这些都不再是问题：）</p>
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<h2 id="tokio-简介"><a class="header" href="#tokio-简介">tokio 简介</a></h2>
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<p>tokio 是一个纸醉金迷之地，只要有钱就可以为所欲为，哦，抱歉，走错片场了。<code>tokio</code> 是 Rust 最优秀的异步运行时框架，它提供了写异步网络服务所需的几乎所有功能，不仅仅适用于大型服务器，还适用于小型嵌入式设备，它主要由以下组件构成：</p>
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<ul>
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<li>多线程版本的异步运行时，可以运行使用 <code>async/await</code> 编写的代码</li>
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<li>标准库中阻塞 API 的异步版本，例如<code>thread::sleep</code>会阻塞当前线程，<code>tokio</code>中就提供了相应的异步实现版本</li>
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<li>构建异步编程所需的生态，甚至还提供了 <a href="https://github.com/tokio-rs/tracing"><code>tracing</code></a> 用于日志和分布式追踪， 提供 <a href="https://github.com/tokio-rs/console"><code>console</code></a> 用于 Debug 异步编程</li>
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</ul>
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<h3 id="优势"><a class="header" href="#优势">优势</a></h3>
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<p>下面一起来看看使用 <code>tokio</code> 能给你提供哪些优势。</p>
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<p><strong>高性能</strong></p>
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<p>因为快所以快，前者是 Rust 快，后者是 <code>tokio</code> 快。 <code>tokio</code> 在编写时充分利用了 Rust 提供的各种零成本抽象和高性能特性，而且贯彻了 Rust 的牛逼思想：如果你选择手写代码，那么最好的结果就是跟 <code>tokio</code> 一样快！</p>
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<p>以下是一张官方提供的性能参考图，大致能体现出 <code>tokio</code> 的性能之恐怖:
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<img alt="tokio performance" src="https://pica.zhimg.com/80/v2-5f5ca10550ec936427c2919191331ae8_1440w.png" class="center" /></p>
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<p><strong>高可靠</strong></p>
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<p>Rust 语言的安全可靠性顺理成章的影响了 <code>tokio</code> 的可靠性，曾经有一个调查给出了令人乍舌的<a href="https://www.zdnet.com/article/microsoft-70-percent-of-all-security-bugs-are-memory-safety-issues/">结论</a>：软件系统 70%的高危漏洞都是由内存不安全性导致的。</p>
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<p>在 Rust 提供的安全性之外，<code>tokio</code> 还致力于提供一致性的行为表现：无论你何时运行系统，它的预期表现和性能都是一致的，例如不会出现莫名其妙的请求延迟或响应时间大幅增加。</p>
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<p><strong>简单易用</strong></p>
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<p>通过 Rust 提供的 <code>async/await</code> 特性，编写异步程序的复杂性相比当初已经大幅降低，同时 <code>tokio</code> 还为我们提供了丰富的生态，进一步大幅降低了其复杂性。</p>
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<p>同时 <code>tokio</code> 遵循了标准库的命名规则，让熟悉标准库的用户可以很快习惯于 <code>tokio</code> 的语法，再借助于 Rust 强大的类型系统，用户可以轻松地编写和交付正确的代码。</p>
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<p><strong>使用灵活性</strong></p>
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<p><code>tokio</code> 支持你灵活的定制自己想要的运行时，例如你可以选择多线程 + 任务盗取模式的复杂运行时，也可以选择单线程的轻量级运行时。总之，几乎你的每一种需求在 <code>tokio</code> 中都能寻找到支持(画外音：强大的灵活性需要一定的复杂性来换取，并不是免费的午餐)。</p>
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<h3 id="劣势"><a class="header" href="#劣势">劣势</a></h3>
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<p>虽然 <code>tokio</code> 对于大多数需要并发的项目都是非常适合的，但是确实有一些场景它并不适合使用:</p>
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<ul>
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<li><strong>并行运行 CPU 密集型的任务</strong>。<code>tokio</code> 非常适合于 IO 密集型任务，这些 IO 任务的绝大多数时间都用于阻塞等待 IO 的结果，而不是刷刷刷的单烤 CPU。如果你的应用是 CPU 密集型(例如并行计算)，建议使用 <a href="https://github.com/rayon-rs/rayon"><code>rayon</code></a>，当然，对于其中的 IO 任务部分，你依然可以混用 <code>tokio</code></li>
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<li><strong>读取大量的文件</strong>。读取文件的瓶颈主要在于操作系统，因为 OS 没有提供异步文件读取接口，大量的并发并不会提升文件读取的并行性能，反而可能会造成不可忽视的性能损耗，因此建议使用线程(或线程池)的方式</li>
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<li><strong>发送少量 HTTP 请求</strong>。<code>tokio</code> 的优势是给予你并发处理大量任务的能力，对于这种轻量级 HTTP 请求场景，<code>tokio</code> 除了增加你的代码复杂性，并无法带来什么额外的优势。因此，对于这种场景，你可以使用 <a href="https://github.com/seanmonstar/reqwest"><code>reqwest</code></a> 库，它会更加简单易用。</li>
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</ul>
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<p>若大家使用 tokio，那 CPU 密集的任务尤其需要用线程的方式去处理，例如使用 <code>spawn_blocking</code> 创建一个阻塞的线程去完成相应 CPU 密集任务。</p>
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<p>原因是：tokio 是协作式的调度器，如果某个 CPU 密集的异步任务是通过 tokio 创建的，那理论上来说，该异步任务需要跟其它的异步任务交错执行，最终大家都得到了执行，皆大欢喜。但实际情况是，CPU 密集的任务很可能会一直霸着着 CPU，此时 tokio 的调度方式决定了该任务会一直被执行，这意味着，其它的异步任务无法得到执行的机会，最终这些任务都会因为得不到资源而饿死。</p>
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<p>而使用 <code>spawn_blocking</code> 后，会创建一个单独的 OS 线程，该线程并不会被 tokio 所调度( 被 OS 所调度 )，因此它所执行的 CPU 密集任务也不会导致 tokio 调度的那些异步任务被饿死</p>
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<h2 id="总结"><a class="header" href="#总结">总结</a></h2>
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<p>离开第三方开源社区提供的异步运行时， <code>async/await</code> 什么都不是，甚至还不如一堆破铜烂铁，除非你选择根据自己的需求手撸一个。</p>
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<p>而 <code>tokio</code> 就是那颗皇冠上的夜明珠，也是值得我们投入时间去深入学习的开源库，它的设计原理和代码实现都异常优秀，在之后的章节中，我们将对其进行深入学习和剖析，敬请期待。</p>
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