传统同步编程模式经常导致性能瓶颈。这是因为程序必须等待缓慢的操作完成，才能继续执行下一项任务。 这往往导致资源利用率低下和用户体验不佳。
异步编程允许您编写能够高效利用系统资源的非阻塞代码。通过采用异步编程，您可以设计出能够并行执行多个任务的应用程序。 异步编程在处理多个网络请求或处理大量数据时非常方便，并且不会阻塞程序的执行流程。
Rust 中的异步编程
Rust 的异步编程模型允许您编写高效的并发 Rust 代码，且不会阻塞执行流程。异步编程在处理 I/O 操作、网络请求以及涉及等待外部资源的任务时非常有用。
您可以通过多种方式在 Rust 应用程序中实现异步编程。这些方式包括语言特性、库和 Tokio 运行时。
此外，Rust 的所有权模型和并发原语（如通道和锁）能够实现安全高效的并发编程。 您可以通过异步编程来利用这些特性，从而构建可良好扩展且能充分利用多个 CPU 内核的并发系统。
Rust 的异步编程概念
Futures 是 Rust 中异步编程的基础。Future 代表尚未完全执行的异步计算。
Futures 是惰性的（它们仅在被轮询时执行）。当您调用 future 的 poll() 方法时，它会检查 future 是否已完成或是否需要更多工作。 如果 future 尚未准备好，它会返回 Poll::Pending，表明该任务应安排在稍后执行。 如果 future 准备就绪，它会返回 Poll::Ready 以及结果值。
Rust 的标准工具链包括异步 I/O 原语，如文件 I/O 的异步版本、网络和定时器。这些原语允许您以异步方式执行 I/O 操作。 这有助于避免在等待 I/O 任务完成时阻塞程序的执行。
async/await 语法允许您编写看起来与同步代码相似的异步代码。这使您的代码直观且易于维护。
Rust 的异步编程方法强调安全性和性能。所有权和借用规则可确保内存安全，并防止常见的并发问题。Async/await 语法和 future 提供了一种直观的方式来表达异步工作流。 您可以使用第三方运行时来管理任务以高效执行。
您可以结合这些语言特性、库和运行时来编写高性能的代码。 它为构建异步系统提供了强大且符合人体工程学的框架。 这使得 Rust 成为需要高效处理 I/O 密集型任务和高并发性项目的理想选择。
Rust 1.39 及更高版本不支持 Rust 标准库中的异步操作。您需要第三方 crate 才能使用 async/await 语法处理 Rust 中的异步操作。 您可以使用像 Tokio 或 async-std 这样的第三方包来处理 async/await 语法。
使用 Tokio 进行异步编程
Tokio 是 Rust 中一个功能强大的异步运行时。 它提供了构建高性能和可扩展应用程序的功能。 您可以利用 Tokio 进行异步编程，并利用其可扩展性功能。
Tokio 的核心是其异步任务调度和执行模型。 Tokio 允许您使用 async/await 语法编写异步代码。 这可以实现高效的系统资源利用和并发任务执行。 Tokio 的事件循环可以有效地管理任务调度。 这可确保 CPU 内核的最佳利用率并最大限度地减少上下文切换开销。
Tokio 的组合器使任务协调和组合变得更加容易。Tokio 提供了强大的任务协调和组合工具。 您可以使用 join 等待多个任务完成，使用 select 选择第一个完成的任务，并使用 race 让任务之间相互竞争。
将 tokio crate 添加到 Cargo.toml 文件的依赖项部分。
[dependencies]
tokio = { version = "1.9", features = ["full"] }
以下是在带有 Tokio 的 Rust 程序中使用 async/await 语法的示例：
use tokio::time::sleep;
use std::time::Duration;async fn hello_world() {
println!("你好， ");
sleep(Duration::from_secs(1)).await;
println!("世界！");
}#[tokio::main]
async fn main() {
hello_world().await;
}
hello_world 函数是异步的，因此它可以使用 await 关键字暂停执行，直到 future 被解析。hello_world 函数将 “你好，” 打印到控制台。Duration::from_secs(1) 函数调用将函数执行暂停一秒钟。await 关键字等待 sleep future 完成。 最后，hello_world 函数将 “世界！” 打印到控制台。
main 函数是一个异步函数，带有 #[tokio::main] 属性。它将 main 函数指定为 Tokio 运行时的入口点。hello_world().await 异步执行 hello_world 函数。
使用 Tokio 延迟任务
异步编程中的一个常见任务是使用延迟或调度任务，在指定的时间范围内运行。tokio 运行时通过 tokio::time 模块提供了使用异步定时器和延迟的机制。
以下是使用 Tokio 运行时延迟操作的方法：
use std::time::Duration;
use tokio::time::sleep;async fn delayed_operation() {
println!("正在执行延迟操作...");
sleep(Duration::from_secs(2)).await;
println!("延迟操作已完成。");
}#[tokio::main]
async fn main() {
println!("开始...");
delayed_operation().await;
println!("完成。");
}
Delayed_Operation 函数通过 sleep 方法引入两秒的延迟。延迟操作函数是异步的，因此可以使用 await 来暂停执行，直到延迟完成。
异步程序中的错误处理
异步 Rust 代码中的错误处理涉及使用 Result 类型，并使用 ? 处理 Rust 错误。操作符。
use tokio::fs::File;
use tokio::io;
use tokio::io::{AsyncReadExt};async fn read_file_contents() -> io::Result<String> {
let mut file = File::open("file.txt").await?;
let mut contents = String::new();
file.read_to_string(&mut contents).await?;
Ok(contents)
}async fn process_file() -> io::Result<()> {
let contents = read_file_contents().await?;
Ok(())
}#[tokio::main]
async fn main() {
match process_file().await {
Ok(()) => println!("文件处理成功。"),
Err(err) => eprintln!("处理文件时出错：{}", err),
}
}
read_file_contents 函数返回一个 io::Result，表示发生 I/O 错误的概率。通过在每次异步操作后使用 ?，Tokio 运行时将错误传播到调用堆栈。
main 函数使用 match 语句处理结果，该语句会根据操作结果打印文本。
Reqwest 使用异步编程进行 HTTP 操作
许多流行的 crate，包括 Reqwest，都使用 Tokio 来提供异步 HTTP 操作。
您可以将 Tokio 与 Reqwest 结合使用，以便发出多个 HTTP 请求，而不会阻塞其他任务。 Tokio 可以帮助您处理数千个并发连接并高效地管理资源。