不灭的火

Rust 异步运行时（Async Runtime）是一个在 Rust 程序主逻辑（main 函数）开始执行之前和之后，负责为其提供关键执行环境的代码库和一组服务。

它的核心任务是管理异步任务（如 async/.await）所需的复杂调度、上下文切换和事件驱动I/O。

一、什么是异步运行时？

它不是一个单一的东西，而是一个由多个组件构成的生态系统，专门用于驱动异步代码。

1、核心组件包括： 

• 【组件1】执行器（Executor）

职责：

就像一个公司的“项目经理”。它 持有/管理 一个或多个（线程池），并从任务队列中取出准备好异步任务（Future），放到线程上执行。一个Future在无法立即取得进展时（比如等待网络数据），会被挂起，执行器就会去执行下一个任务。

工作原理：

(1) 你通过 #[tokio::main] 等方式将 main 函数交给运行时，或者手动将 Future 塞给执行器（例如 tokio::spawn(...)）。

(2) 执行器在其线程上不停地轮询（poll） 它管理的所有 Future。—— 备注：轮询任务队列中的Future

(3) 当一个 Future 被轮询并返回 Poll::Pending 时，执行器就知道这个 Future 在等待外部事件（如网络数据包、定时器到期），于是它先把这个 Future 挂起，转而去轮询其他可以继续执行的 Future。

(4) 当反应器通知执行器“某个事件准备好了”（比如网络数据到了），执行器会找到正在等待这个事件的 Future，并再次轮询它，这次它很可能就会返回 Poll::Ready 。

•  【组件2】反应器/事件循环（Reactor/Event Loop）

职责：

就像公司的“前台”或“调度中心”。它利用操作系统提供的机制，与操作系统的异步接口交互（如：Linux的epoll，MacOS的kquue，Windows的IOCP）。监听和收集各种I/O事件（例如“这个Socket有数据可读了”、“那个文件写入完成了”、“那个定时器到期了”等）。当事件发生时，它会通知对应的Waker。

工作原理：

(1) 它向操作系统注册需要监听的事件和其对应的唤醒机制（Waker）。

(2) 它阻塞地等待操作系统发出事件通知。

(3) 当事件发生时，它通知执行器：“嘿，你之前关心的那个事件发生了，可以去重新轮询等待它的那个 Future 了！”

•  【组件3】Waker（连接执行器和反应器的桥梁）

每个异步任务都有一个关联的 Waker。当一个任务因为等待 I/O 而阻塞时，它会将自己的 Waker 注册到反应器上。当反应器检测到该任务等待的事件就绪时（例如数据到达），就会调用 Waker 的 wake() 方法。这个方法的作用就是告诉执行器：“嘿，这个任务之前等的东西准备好了，可以重新把它放进队列里执行了！”

备注：这是异步运行时中一个非常精巧的设计。当一个 Future 返回 Poll::Pending 时，它会附上一个 Waker 对象。反应器在事件发生时，会调用与这个事件关联的 Waker 的 wake() 方法。这个方法会通知执行器：“喂，那个之前挂起的 Future 现在可能有进展了，快再来轮询它一下！（所谓的轮询，就是再次查看一下任务的准备状态是否为Poll::Ready）” 这样就避免了执行器盲目地、不停地轮询所有 Future，极大地提高了效率。

2、常见的选择

Rust 标准库只提供了定义异步操作的接口（如 Future trait），但没有提供具体的运行时实现。这意味着你需要选择一个第三方库来充当运行时：

• Tokio：最流行、功能最全面的运行时，提供了高性能的网络、文件系统、定时器等。
• async-std：旨在提供与标准库类似 API 风格的异步运行时。
• smol： 一个非常小巧且高效的运行时。

当你写 #[tokio::main] 时，你就是在明确选择并使用 Tokio 运行时。 这个宏会将你的普通 main 函数转换为一个由 Tokio 运行时驱动的异步入口点。

二、异步编程的基础：async/.await 和 Future

首先，你需要明白 Rust 语言本身只提供了最基础的异步编程工具，而不是一个完整的运行时：

• async： 将一个代码块标记为异步的。当你写 async fn foo() {...} 时，这个函数并不会直接执行，而是返回一个实现了 Future trait 的对象。
• Future： 这是一个核心 trait，它代表一个可能尚未完成的异步计算。它有一个核心方法：poll（轮询）。poll 方法会检查这个计算是否完成：
  • 如果完成了，就返回 Poll::Ready(结果)。
  • 如果没完成，就返回 Poll::Pending，并且安排好在未来某个时间点（当它可能准备好时），需要再次被“问一下”（即再次调用 poll）。
• .await： 在 async 函数内部，你可以在一个 Future 上使用 .await。这相当于厨师看到点菜单上写着“等水烧开”，他就把这张单子先放下，先去处理别的单子。.await 就是一个让出控制权的点。

关键点：Rust 标准库只定义了 Future 这个接口和 async/.await 语法，但并没有提供驱动（轮询）这些 Future 的机制。这个驱动机制，就是异步运行时的职责。