add async疑难问题解决

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sunface 3 years ago
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- [定海神针Pin和Unpin](async/pin-unpin.md)
- [async、await和Stream流处理](async/async-await.md)
- [同时运行多个Future](async/multi-futures-simultaneous.md)
- [一些疑难问题的解决办法](async/pain-points-and-workarounds.md)
- [HTTP Client/Server todo](async/http.md)
- [tokio todo](async/tokio/intro.md)
- [基本用法](async/tokio/basic.md)

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# 一些疑难问题的解决办法
`async` 在 Rust 依然比较新,疑难杂症少不了,而它们往往还处于活跃开发状态,短时间内无法被解决,因此才有了本文。下面一起来看看这些问题以及相应的临时解决方案。
## 在 async 语句块中使用 ?
`async` 语句块和 `async fn` 最大的区别就是前者无法显式的声明返回值,在大多数时候这都不是问题,但是当配合 `?` 一起使用时,问题就有所不同:
```rust
async fn foo() -> Result<u8, String> {
Ok(1)
}
async fn bar() -> Result<u8, String> {
Ok(1)
}
pub fn main() {
let fut = async {
foo().await?;
bar().await?;
Ok(())
};
}
```
以上代码编译后会报错:
```shell
error[E0282]: type annotations needed
--> src/main.rs:14:9
|
11 | let fut = async {
| --- consider giving `fut` a type
...
14 | Ok(1)
| ^^ cannot infer type for type parameter `E` declared on the enum `Result`
```
原因在于编译器无法推断出 `Result<T, E>`中的 `E` 的类型, 而且编译器的提示`consider giving fut a type`你也别傻乎乎的相信,然后尝试半天,最后无奈放弃:目前还没有办法为 `async` 语句块指定返回类型。
既然编译器无法推断出类型,那咱就给它更多提示,可以使用 `::< ... >` 的方式来增加类型注释:
```rust
let fut = async {
foo().await?;
bar().await?;
Ok::<(), String>(()) // 在这一行进行显式的类型注释
};
```
给予类型注释后此时编译器就知道`Result<T, E>`中的 `E` 的类型是`String`,进而成功通过编译。
## async 函数和 Send 特征
在多线程章节我们深入讲过 `Send` 特征对于多线程间数据传递的重要性,对于 `async fn` 也是如此,它返回的 `Future` 能否在线程间传递的关键在于 `.await` 运行过程中,作用域中的变量类型是否是 `Send`
学到这里,相信大家已经很清楚`Rc`无法在多线程环境使用,原因就在于它并未实现 `Send` 特征,那咱就用它来做例子:
```rust
use std::rc::Rc;
#[derive(Default)]
struct NotSend(Rc<()>);
```
事实上,未实现 `Send` 特征的变量可以出现在 `async fn` 语句块中:
```rust
async fn bar() {}
async fn foo() {
NotSend::default();
bar().await;
}
fn require_send(_: impl Send) {}
fn main() {
require_send(foo());
}
```
即使上面的 `foo` 返回的 `Future``Send` 但是在它内部短暂的使用 `NotSend` 依然是安全的,原因在于它的作用域并没有影响到 `.await`,下面来试试声明一个变量,然后让 `.await`的调用处于变量的作用域中试试:
```rust
async fn foo() {
let x = NotSend::default();
bar().await;
}
```
不出所料,错误如期而至:
```shell
error: future cannot be sent between threads safely
--> src/main.rs:17:18
|
17 | require_send(foo());
| ^^^^^ future returned by `foo` is not `Send`
|
= help: within `impl futures::Future<Output = ()>`, the trait `std::marker::Send` is not implemented for `Rc<()>`
note: future is not `Send` as this value is used across an await
--> src/main.rs:11:5
|
10 | let x = NotSend::default();
| - has type `NotSend` which is not `Send`
11 | bar().await;
| ^^^^^^^^^^^ await occurs here, with `x` maybe used later
12 | }
| - `x` is later dropped here
```
提示很清晰,`.await`在运行时处于 `x` 的作用域内。在之前章节有提到过, `.await` 有可能被执行器调度到另一个线程上运行,而 `Rc` 并没有实现 `Send`,因此编译器无情拒绝了咱们。
其中一个可能的解决方法是在 `.await` 之前就使用 `std::mem::drop` 释放掉 `Rc`,但是很可惜,截止今天,该方法依然不能解决这种问题。
不知道有多少同学还记得语句块 `{ ... }` 在 Rust 中其实具有非常重要的作用(特别是相比其它大多数语言来说时):可以将变量声明在语句块内,当语句块结束时,变量会自动被 `drop`,这个规则可以帮助我们解决很多借用冲突问题,特别是在 `NLL` 出来之前。
```rust
async fn foo() {
{
let x = NotSend::default();
}
bar().await;
}
```
是不是很简单?最终我们还是通过 `Drop` 的方式解决了这个问题,当然,还是期待未来 `std::mem::drop` 也能派上用场。
## 递归使用async fn
在内部实现中,`async fn`被编译成一个状态机,这会导致递归使用 `async fn` 变得较为复杂, 因为编译后的状态机还需要包含自身。
```rust
// foo函数:
async fn foo() {
step_one().await;
step_two().await;
}
// 会被编译成类似下面的类型:
enum Foo {
First(StepOne),
Second(StepTwo),
}
// 因此recursive函数
async fn recursive() {
recursive().await;
recursive().await;
}
// 会生成类似以下的类型
enum Recursive {
First(Recursive),
Second(Recursive),
}
```
这是典型的[动态大小类型](../advance/custom-type.md#动态大小类型),它的大小会无限增长,因此编译器会直接报错:
```shell
error[E0733]: recursion in an `async fn` requires boxing
--> src/lib.rs:1:22
|
1 | async fn recursive() {
| ^ an `async fn` cannot invoke itself directly
|
= note: a recursive `async fn` must be rewritten to return a boxed future.
```
如果认真学过之前的章节,大家应该知道只要将其使用 `Box` 放到堆上而不是栈上,就可以解决,在这里还是要称赞下 Rust 的编译器,给出的提示总是这么精确`recursion in an async fn requires boxing`。
就算是使用 `Box`,这里也大有讲究。如果我们试图使用 `Box::pin` 这种方式去包裹是不行的,因为编译器自身的限制限制了我们(刚夸过它。。。)。为了解决这种问题,我们只能将 `recursive` 转变成一个正常的函数,该函数返回一个使用 `Box` 包裹的 `async` 语句块:
```rust
use futures::future::{BoxFuture, FutureExt};
fn recursive() -> BoxFuture<'static, ()> {
async move {
recursive().await;
recursive().await;
}.boxed()
}
```
## 在特征中使用 async
在目前版本中,我们还无法在特征中定义 `async fn` 函数,不过大家也不用担心,目前已经有计划在未来移除这个限制了。
```rust
trait Test {
async fn test();
}
```
运行后报错:
```shell
error[E0706]: functions in traits cannot be declared `async`
--> src/main.rs:5:5
|
5 | async fn test();
| -----^^^^^^^^^^^
| |
| `async` because of this
|
= note: `async` trait functions are not currently supported
= note: consider using the `async-trait` crate: https://crates.io/crates/async-trait
```
好在编译器给出了提示,让我们使用 [`async-trait`](https://github.com/dtolnay/async-trait) 解决这个问题:
```rust
use async_trait::async_trait;
#[async_trait]
trait Advertisement {
async fn run(&self);
}
struct Modal;
#[async_trait]
impl Advertisement for Modal {
async fn run(&self) {
self.render_fullscreen().await;
for _ in 0..4u16 {
remind_user_to_join_mailing_list().await;
}
self.hide_for_now().await;
}
}
struct AutoplayingVideo {
media_url: String,
}
#[async_trait]
impl Advertisement for AutoplayingVideo {
async fn run(&self) {
let stream = connect(&self.media_url).await;
stream.play().await;
// 用视频说服用户加入我们的邮件列表
Modal.run().await;
}
}
```
不过使用该包并不是免费的,每一次特征中的`async`函数被调用时,都会产生一次堆内存分配。对于大多数场景,这个性能开销都可以接受,但是当函数一秒调用几十万、几百万次时,就得小心这块儿代码的性能了!
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