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# tokio简介
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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 `async/.await` 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。
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## 异步运行时
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Rust 语言本身只提供了异步编程所需的基本特性,例如 `async/.await` 关键字,标准库中的 `Future` 特征,官方提供的 `futures` 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。
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异步运行时是由 Rust 社区提供的,它们的核心是一个 `reactor` 和一个或多个 `executor`(执行器):
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- `reactor` 用于提供外部事件的订阅机制,例如 `I/O` 、进程间通信、定时器等
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- `executor` 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( `Future` )
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目前最受欢迎的几个运行时有:
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- [`tokio`](https://github.com/tokio-rs/tokio),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
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- [`async-std`](https://github.com/async-rs/async-std),最大的优点就是跟标准库兼容性较强
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- [`smol`](https://github.com/smol-rs/smol), 一个小巧的异步运行时
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但是,大浪淘沙,留下的才是金子,随着时间的流逝,`tokio`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。
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#### 异步运行时的兼容性
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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。
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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 `tokio` 和 `async-std` ,就存在这种问题。
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如果你实在有这种需求,可以考虑使用 [`async-compat`](https://github.com/smol-rs/async-compat),该包提供了一个中间层,用于兼容 `tokio` 和其它运行时。
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#### 结论
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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,`tokio` 几乎成了不二选择,当然 `tokio` 也有自己的问题:更难上手和运行时之间的兼容性。
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如果你只用 `tokio` ,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,在本书的帮忙下,这些都不再是个问题:)
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## tokio简介
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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。`Tokio` 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:
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- 多线程版本的异步运行时,可以运行使用 `async/.await` 编写的代码
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- 标准库中阻塞API的异步版本,例如`thread::sleep`会阻塞当前线程,`tokio`中就提供了相应的异步实现版本
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- 构建异步编程所需的生态,甚至还提供了 [`tracing`](https://github.com/tokio-rs/tracing) 用于日志和分布式追踪, 提供 [`console`](https://github.com/tokio-rs/console) 用于 Debug 异步编程
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### 优势
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下面一起来看看使用 `tokio` 能给你提供哪些优势。
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**高性能**
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因为快所以快,前者是 Rust 快,后者是 `tokio` 快。 `tokio` 在编写时充分利用了 Rust 提供的各种零抽象和高性能特性,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 `tokio` 一样快!
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以下是一张官方提供的性能参考图,大致能体现出 `tokio` 的性能之恐怖:
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<img alt="tokio performance" src="/img/tokio-01.png" class="center" />
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**高可靠**
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Rust 语言的安全可靠性顺理成章的影响了 `tokio` 的可靠性,曾经有一个调查给出了令人乍舌的[结论](https://www.zdnet.com/article/microsoft-70-percent-of-all-security-bugs-are-memory-safety-issues/):软件系统70%的高危漏洞都是由内存不安全性导致的。
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在 Rust 提供的安全性之外,`tokio` 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。
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**简单易用**
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通过 Rust 提供的 `async/await` 特性,编写异步程序的复杂性相比当初已经大幅降低,同时 `tokio` 还为我们提供了丰富的生态,进一步大幅降低了其复杂性。
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同时 `tokio` 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 `tokio` 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。
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**使用灵活性**
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`tokio` 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 `tokio` 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)。
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### 劣势
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虽然 `tokio` 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:
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- 并行运行CPU密集型的任务,`tokio` 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 [`rayon`](https://github.com/rayon-rs/rayon),当然,对于其中的IO任务部分,你依然可以混用 `tokio`
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- 读取大量的文件, 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
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- 发送HTTP请求,`tokio` 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,`tokio` 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 [`reqwest`](https://github.com/seanmonstar/reqwest) 库,它会更加简单易用。
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## 总结
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离开三方开源社区提供的异步运行时, `async/await` 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。
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而 `tokio` 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。
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