# 使用`join!`和`select!`同时运行多个Future
招数单一，杀伤力惊人，说的就是 `.await` ，但是光用它，还真做不到一招鲜吃遍天。比如我们该如何同时运行多个任务，而不是使用`.await`慢悠悠地排队完成。

## join!
`futures` 包中提供了很多实用的工具，其中一个就是 `join!`宏， 它允许我们同时等待多个不同 `Future` 的完成，且可以并发地运行这些 `Future`。

先来看一个不是很给力的、使用`.await`的版本:
```rust
async fn enjoy_book_and_music() -> (Book, Music) {
    let book = enjoy_book().await;
    let music = enjoy_music().await;
    (book, music)
}
```

这段代码可以顺利运行，但是有一个很大的问题，就是必须先看完书后，才能听音乐。咱们以前，谁又不是那个摇头晃脑爱读书(耳朵里偷偷塞着耳机，听的正high)的好学生呢？

要支持同时看书和听歌，有些人可能会凭空生成下面代码：
```rust
// WRONG -- 别这么做
async fn enjoy_book_and_music() -> (Book, Music) {
    let book_future = enjoy_book();
    let music_future = enjoy_music();
    (book_future.await, music_future.await)
}
```

看上去像模像样，嗯，在某些语言中也许可以，但是 Rust 不行。因为在某些语言中，`Future`一旦创建就开始运行，等到返回的时候，基本就可以同时结束并返回了。 但是 Rust 中的 `Future` 是惰性的，直到调用 `.await` 时，才会开始运行。而那两个 `await` 由于在代码中有先后顺序，因此它们是顺序运行的。

为了正确的并发运行两个 `Future` ， 我们来试试 `futures::join!` 宏:
```rust
use futures::join;

async fn enjoy_book_and_music() -> (Book, Music) {
    let book_fut = enjoy_book();
    let music_fut = enjoy_music();
    join!(book_fut, music_fut)
}
```

`Duang`，目标顺利达成。同时`join!`会返回一个元组，里面的值是对应的`Future`执行结束后输出的值。

## try_join!
由于`join!`必须等待它管理的所有 `Future` 完成后才能完成，如果你希望在某一个 `Future` 报错后就立即停止所有 `Future` 的执行，可以使用 `try_join!`，特别是当 `Future` 返回 `Result` 时:

```rust
use futures::try_join;

async fn get_book() -> Result<Book, String> { /* ... */ Ok(Book) }
async fn get_music() -> Result<Music, String> { /* ... */ Ok(Music) }

async fn get_book_and_music() -> Result<(Book, Music), String> {
    let book_fut = get_book();
    let music_fut = get_music();
    try_join!(book_fut, music_fut)
}
```

有一点需要注意，传给 `try_join!` 的所有 `Future` 都必须拥有相同的错误类型。如果错误类型不同，可以考虑使用来自 `futures::future::TryFutureExt` 模块的 `map_err`和`err_info`方法将错误进行转换:
```rust
use futures::{
    future::TryFutureExt,
    try_join,
};

async fn get_book() -> Result<Book, ()> { /* ... */ Ok(Book) }
async fn get_music() -> Result<Music, String> { /* ... */ Ok(Music) }

async fn get_book_and_music() -> Result<(Book, Music), String> {
    let book_fut = get_book().map_err(|()| "Unable to get book".to_string());
    let music_fut = get_music();
    try_join!(book_fut, music_fut)
}
```

`join!`很好很强大，但是人无完人，J无完J, 它有一个很大的问题。

## select!
`join!`只有等所有 `Future` 结束后，才能集中处理结果，如果你想同时等待多个 `Future` ，且任何一个 `Future` 结束后，都可以立即被处理，可以考虑使用 `futures::select!`:
```rust
use futures::{
    future::FutureExt, // for `.fuse()`
    pin_mut,
    select,
};

async fn task_one() { /* ... */ }
async fn task_two() { /* ... */ }

async fn race_tasks() {
    let t1 = task_one().fuse();
    let t2 = task_two().fuse();

    pin_mut!(t1, t2);

    select! {
        () = t1 => println!("任务1率先完成"),
        () = t2 => println!("任务2率先完成"),
    }
}
```

上面的代码会同时并发地运行 `t1` 和 `t2`， 无论两者哪个先完成，都会调用对应的 `println!` 打印相应的输出，然后函数结束且不会等待另一个任务的完成。

但是，在实际项目中，我们往往需要等待多个任务都完成后，再结束，像上面这种其中一个任务结束就立刻结束的场景着实不多。 

#### default 和 complete 
`select!`还支持 `default` 和 `complete` 分支:
- `complete` 分支当所有的 `Future` 和 `Stream` 完成后才会被执行，它往往配合`loop`使用，`loop`用于循环完成所有的 `Future`
- `default`分支，若没有任何 `Future` 或 `Stream` 处于 `Ready` 状态， 则该分支会被立即执行

```rust
use futures::future;
use futures::select;
pub fn main() {
    let mut a_fut = future::ready(4);
    let mut b_fut = future::ready(6);
    let mut total = 0;
    
    loop {
        select! {
            a = a_fut => total += a,
            b = b_fut => total += b,
            complete => break,
            default => panic!(), // 该分支永远不会运行，因为`Future`会先运行，然后是`complete`
        };
    }
    assert_eq!(total, 10);
}
```

以上代码 `default` 分支由于最后一个运行，而在它之前 `complete` 分支已经通过 `break` 跳出了循环，因此`default`永远不会被执行。

如果你希望 `default` 也有机会漏下脸，可以将 `complete` 的 `break` 修改为其它的，例如`println!("completed!")`，然后再观察下运行结果。

再回到 `select` 的第一个例子中，里面有一段代码长这样：
```rust
let t1 = task_one().fuse();
let t2 = task_two().fuse();

pin_mut!(t1, t2);
```

当时没有展开讲，相信大家也有疑惑，下面我们来一起看看。

#### 跟 `Unpin` 和 `FusedFuture` 进行交互
首先，`.fuse()`方法可以让 `Future` 实现 `FusedFuture` 特征， 而 `pin_mut!` 宏会为 `Future` 实现 `Unpin`特征，这两个特征恰恰是使用 `select` 所必须的:

- `Unpin`，由于 `select` 不会通过拿走所有权的方式使用`Future`，而是通过可变引用的方式去使用，这样当 `select` 结束后，该 `Future` 若没有被完成，它的所有权还可以继续被其它代码使用。
- `FusedFuture`的原因跟上面类似，当 `Future` 一旦完成后，那 `select` 就不能再对其进行轮询使用。`Fuse`意味着熔断，相当于 `Future` 一旦完成，再次调用`poll`会直接返回`Poll::Pending`。

只有实现了`FusedFuture`，`select` 才能配合 `loop` 一起使用。假如没有实现，就算一个 `Future` 已经完成了，它依然会被 `select` 不停的轮询执行。

`Stream` 稍有不同，它们使用的特征是 `FusedStream`。 通过`.fuse()`(也可以手动实现)实现了该特征的 `Stream`，对其调用`.next()` 或 `.try_next()`方法可以获取实现了`FusedFuture`特征的`Future`:
```rust
use futures::{
    stream::{Stream, StreamExt, FusedStream},
    select,
};

async fn add_two_streams(
    mut s1: impl Stream<Item = u8> + FusedStream + Unpin,
    mut s2: impl Stream<Item = u8> + FusedStream + Unpin,
) -> u8 {
    let mut total = 0;

    loop {
        let item = select! {
            x = s1.next() => x,
            x = s2.next() => x,
            complete => break,
        };
        if let Some(next_num) = item {
            total += next_num;
        }
    }

    total
}
```

## 在select循环中并发
一个很实用但又鲜为人知的函数是 `Fuse::terminated()` ，可以使用它构建一个空的 `Future` ，空自然没啥用，但是如果它能在后面再被填充呢？

考虑以下场景：当你要在`select`循环中运行一个任务，但是该任务却是在`select`循环内部创建时，上面的函数就非常好用了。

```rust
use futures::{
    future::{Fuse, FusedFuture, FutureExt},
    stream::{FusedStream, Stream, StreamExt},
    pin_mut,
    select,
};

async fn get_new_num() -> u8 { /* ... */ 5 }

async fn run_on_new_num(_: u8) { /* ... */ }

async fn run_loop(
    mut interval_timer: impl Stream<Item = ()> + FusedStream + Unpin,
    starting_num: u8,
) {
    let run_on_new_num_fut = run_on_new_num(starting_num).fuse();
    let get_new_num_fut = Fuse::terminated();
    pin_mut!(run_on_new_num_fut, get_new_num_fut);
    loop {
        select! {
            () = interval_timer.select_next_some() => {
                // 定时器已结束，若`get_new_num_fut`没有在运行，就创建一个新的
                if get_new_num_fut.is_terminated() {
                    get_new_num_fut.set(get_new_num().fuse());
                }
            },
            new_num = get_new_num_fut => {
                // 收到新的数字 -- 创建一个新的`run_on_new_num_fut`并丢弃掉旧的
                run_on_new_num_fut.set(run_on_new_num(new_num).fuse());
            },
            // 运行 `run_on_new_num_fut`
            () = run_on_new_num_fut => {},
            // 若所有任务都完成，直接 `panic`， 原因是 `interval_timer` 应该连续不断的产生值，而不是结束
            //后，执行到 `complete` 分支
            complete => panic!("`interval_timer` completed unexpectedly"),
        }
    }
}
```
当某个 `Future` 有多个拷贝都需要同时运行时，可以使用 `FuturesUnordered` 类型。下面的例子跟上个例子大体相似，但是它会将 `run_on_new_num_fut` 的每一个拷贝都运行到完成，而不是像之前那样一旦创建新的就终止旧的。

```rust
use futures::{
    future::{Fuse, FusedFuture, FutureExt},
    stream::{FusedStream, FuturesUnordered, Stream, StreamExt},
    pin_mut,
    select,
};

async fn get_new_num() -> u8 { /* ... */ 5 }

async fn run_on_new_num(_: u8) -> u8 { /* ... */ 5 }


// 使用从 `get_new_num` 获取的最新数字 来运行 `run_on_new_num`
//
// 每当计时器结束后，`get_new_num` 就会运行一次，它会立即取消当前正在运行的`run_on_new_num` ,
// 并且使用新返回的值来替换 
async fn run_loop(
    mut interval_timer: impl Stream<Item = ()> + FusedStream + Unpin,
    starting_num: u8,
) {
    let mut run_on_new_num_futs = FuturesUnordered::new();
    run_on_new_num_futs.push(run_on_new_num(starting_num));
    let get_new_num_fut = Fuse::terminated();
    pin_mut!(get_new_num_fut);
    loop {
        select! {
            () = interval_timer.select_next_some() => {
                 // 定时器已结束，若`get_new_num_fut`没有在运行，就创建一个新的
                if get_new_num_fut.is_terminated() {
                    get_new_num_fut.set(get_new_num().fuse());
                }
            },
            new_num = get_new_num_fut => {
                 // 收到新的数字 -- 创建一个新的`run_on_new_num_fut` (并没有像之前的例子那样丢弃掉旧值)
                run_on_new_num_futs.push(run_on_new_num(new_num));
            },
            // 运行 `run_on_new_num_futs`, 并检查是否有已经完成的
            res = run_on_new_num_futs.select_next_some() => {
                println!("run_on_new_num_fut returned {:?}", res);
            },
            // 若所有任务都完成，直接 `panic`， 原因是 `interval_timer` 应该连续不断的产生值，而不是结束
            //后，执行到 `complete` 分支
            complete => panic!("`interval_timer` completed unexpectedly"),
        }
    }
}
```