Futures

fearless concurrency 是 Rust 值得大书特书的一点。它提出了一个想法，授予你并行处理的权限而不舍弃安全性。而且，Rust 作为底层程序设计语言，无需担忧它对并发的处理，不用自己去选择特定的并发实现策略。 这也意味着，如果我们想不同策略的用户可以共享代码，我们必须对策略抽象，以便将来可以做选择。

Futures 对计算抽象。Futures 描述 “what”，并使其独立于 “where” 和 “when” 。因此，Futures 旨在将代码拆解为小的可组合的操作，然后由自己的系统的一部分执行这些操作。让人们了解计算事务的本质，找到可以抽象之处。

Send 和 Sync

幸运的是，支持并发的 Rust 已经有了两个广为人知的有效的概念，它们对并发部分的共享程序进行了抽象：Send 和 Sync 。值得注意的是，Send 和 Sync 的特征抽象自并发处理策略，它们结构规整，且不指定实现。

简短概述：

• Send 将计算中的传递数据抽象到另一个并发计算(我们称其为接收方)，而对于发送方，将无法再次访问它。在许多程序设计语言中，通常都实施此策略，但是缺少语言层面的支持，而寄希望于你自己执行“丢掉访问”的操作。bugs 的常规来源：发送方保留发送内容的句柄，甚至在发送后也可以操作它们。 Rust 通过使这种行为摆到明面上来减轻此问题。类型可以是 Send ，也可以不是(通过适当的特征实现标记)，允许或不允许发送它们，并且借助所有权和借用规则阻止后续的访问。

• Sync是指在程序的两个并发部分之间共享数据。这是另一种常见的模式：由于向内存位置写入或在另一方正在写入时进行读取本来就不安全，因此需要通过同步来协调。^1 协调双方有许多常见的方式来达成共识，即不同时使用位于内存中的同一部分，例如互斥锁和自旋锁。同样，Rust 提供了(安全！)无需担心的选择项。Rust 可以让人自由地表达哪些需要同步，而无需对具体的实现连篇累牍。

请留心，我们是如何避免使用任何类似 *”thread””* 的词，而选择了”computation” 。Send 和 Sync 的全部功能是，减轻你需要熟悉抽象出的共享代码中共享了 what 的负担。 在实现时，你只需要知道哪种共享方法适用于当前类型。 这种实现方式保证了推断的局部性，该类型用户不受以后使用其他任何实现的影响。

Send 和 Sync 可以以有趣的方式组合，但这超出了本文的范围。 你可以在 Rust Book 找到示例。

总结： Rust 使我们能够安全地抽象出并发程序的重要属性，以及其数据的共享方式。它以一种非常轻量级的办法达成目标；语言本身标识的是 Send 和 Sync，并在可能的条件下，通过派生这两个标记帮助我们达成目的。剩下的就是库要处理的问题了。

简单的计算视图

虽然计算是一个可以写一整本书的主题，但于我们而言，非常简单的视图足以：一系列可组合的操作，这些操作可以根据决策进行分支，不间断地运行，产生一个结果或产生一个错误

延迟计算

如上所述， Send 和 Sync 与数据有关。但是程序又不仅只与数据有关，还跟数据的计算相关。 这就是 Futures 的目的。我们将在下一章研究它如何工作。让我们换个通俗易懂的方式表述 Futures 。Futures 的计划是从：

• 执行 X
• 如果 X 执行成功, 执行 Y

转变成:

• 开始执行 X
• 一旦 X 执行成功, 则开始执行 Y
  （译者注：原文为 Start doing X 和 start doing Y，start doing 应是指 Futures 对 X 和 Y 进行异步的初始化加载的准备，当 X 标记完成时，无需对 Y 做初始化加载的准备工作，可立即执行 Y 的计算操作。初始化加载是指准备好计算要用的数据。）

还记得介绍中有关 “延迟计算” 的话题吗？（译者注：指 1.2.std::future 与 futures-rs |《async-std 中文文档》| Rust 技术论坛）这就是所有延迟计算相关的内容了。无需告诉计算机要执行什么操作，和当下的意图，而是告诉它要做哪些初始化加载，以及对即将发生的可能性事件做何反应

面向开始

让我们看一个简单的函数，特别是返回值：

# use std::{fs::File, io, io::prelude::*};
#
fn read_file(path: &str) -> io::Result<String> {
    let mut file = File::open(path)?;
    let mut contents = String::new();
    file.read_to_string(&mut contents)?;
    Ok(contents)
}

你可以随时调用它，因此可以完全控制何时调用它。但这就是问题所在：调用它的那一刻，你就将控制权转移到被调用的函数，直到它最终返回一个值。
请注意，此返回值是关于过去的。过去有一个缺点：已经做出了所有决定。它有一个优点：结果可见。我们可以解包程序过去的计算结果，然后决定如何处理它。

但是我们想做的是，对计算进行抽象，然后让其他人选择如何运行。本质上讲，这与始终可以观察先期计算出的结果的常见思维相悖。因此，需找到一种无需运行，只对计算进行描述的类型（译者注：函数式编程思维，即该类型是计算函数的映射，只描述，不执行）。请再一次阅读这个函数：

# use std::{fs::File, io, io::prelude::*};
#
fn read_file(path: &str) -> io::Result<String> {
    let mut file = File::open(path)?;
    let mut contents = String::new();
    file.read_to_string(&mut contents)?;
    Ok(contents)
}

从时间顺序论，我们只能在调用函数之前或返回函数之后执行操作。 这显然不可取，我们需要的是，可以在程序正运行的时候执行其他操作。当运行并发代码时，也意味着，这个操作在第一次运行时，就有了启动并行任务的能力（因为放弃了控制权）。

在这会儿，不得不提到线程。但是线程是一个非常特别的并发基元，而我们要寻找的是一种对程序操作的抽象。

我们正在寻找的东西描绘的是，正在进行的工作要指向一个未来的结果。每当我们讲述 Rust 的某个事物时，几乎都是在提及某种特性（trait）。 让我们从 Future trait 的不完整的定义开始：

# use std::{pin::Pin, task::{Context, Poll}};
#
trait Future {
    type Output;
    fn poll(self: Pin<&mut Self>, cx: &mut Context) -> Poll<Self::Output>;
}

仔细阅读，观察到的有以下内容：

• 通用的 Output.
• 提供 poll 函数，函数功能是允许我们查看当前计算的状态
• （暂时忽略 Pin 和 Context，先不对它们作深入理解）

每次调用 poll() 都会导致以下两种情况的其中一种：

1. 计算已经完成， poll 会返回 Poll::Ready
2. 计算尚未完成执行，poll 会返回 Poll::Pending

上述机制使我们可以从外部检查 Future 是否仍有未完成的工作，或最终是否完成并给出返回值。最简单(但不是最有效)的方法是不断循环执行 poll 函数。 这种办法当然是有优化的可能，而这正是一个好的运行时要做的。
请注意，在第1种情况发生后再次调用 poll 可能会导致混乱。更多详情，请查看 futures-docs 。

Async

尽管 Future trait 在 Rust 中已经存在不短的时间，但构建和描述它们并不方便。为此，Rust 有了特殊的语法：async。请看一个使用 async-std 实现 Future 的例子：

# extern crate async_std;
# use async_std::{fs::File, io, io::prelude::*};
#
async fn read_file(path: &str) -> io::Result<String> {
    let mut file = File::open(path).await?;
    let mut contents = String::new();
    file.read_to_string(&mut contents).await?;
    Ok(contents)
}

当同时执行两个或多个函数时，我们的运行时系统会处理当前正在进行的所有其他事件，以此来填充等待时间。

结论

从值的角度出发，我们寻找到了一些东西，它们表示了寻找的方向是为了得到以后可用的值。在此基础上，我们讨论了轮询的概念。

Future 是一种不代表任何值的数据类型，但在将来的某个时间点它有能力产生一个值。针对不同的用例，实现的方式千差万别，但对外暴露的接口会非常简洁。

接下来，我们将向您介绍 Tasks ，实际上，Futures 的运行借助了 Tasks。

原文链接：book.async.rs/

本译文仅用于学习和交流目的，转载请务必注明文章译者、出处、和本文链接
我们的翻译工作遵照 CC 协议，如果我们的工作有侵犯到您的权益，请及时联系我们。

原文地址：https://learnku.com/docs/rust-async-std/...

译文地址：https://learnku.com/docs/rust-async-std/...