Tokio

Tokio 允许开发者用 Rust 编程语言编写异步程序。不像某些需要同步等待耗时任务来继续运行的方式,Tokio 允许开发者编写进行耗时操作进行的同时还可以保持执行的程序。

更具体地说,Tokio是一个事件驱动的非阻塞I / O平台,用于使用Rust编写异步应用程序。在较高的层面上,它提供了一些主要组件:

  • 一个基于多线程,工作窃取的任务调度器 (scheduler)。
  • 由操作系统的事件队列(epoll,kqueue,IOCP等)支持的反应器 (reactor)。
  • 异步 TCP 和 UDP 套接字。

这些组件提供构建异步应用程序所需的运行时组件。

快速

Tokio是基于Rust编程语言构建的,它本身非常快。使用Tokio构建的应用程序将获得同样的好处。 Tokio的设计也旨在使应用程序尽可能快。

零成本抽象

Tokio以Future为基础。Future不是什么新玩意儿,但Tokio使用它们的方式是独一无二的。与其他语言的Future不同,Tokio的Future编译成状态机。用Future实现常见的同步,分配或其他不会增加额外开销成本。

请注意,提供零成本抽象并不意味着Tokio本身没有成本。这意味着使用Tokio导致最终产品具有与不使用Tokio相同的开销。

并发

开箱即用,Tokio提供了一个多线程,工作窃取 (work-stealing)的调度程序。因此,在你启动 Tokio 运行时的时候,你就已经在使用计算机所有的CPU核心。

现代计算机通过增加CPU核数来提高其性能,因此能够利用多核CPU对于编写运行快的应用程序至关重要。

非阻塞I/O

当访问网络时,Tokio将使用操作系统提供的最有效的接口系统。在Linux上它是 epoll,而 bsd 平台提供了 kqueue,Windows 提供了 I / O完成端口 (IOCP)。

这允许在单个线程上多路复用许多套接字并批量接收操作系统通知,从而减少系统调用。所有这些都可以减少应用程序的开销。

可靠

虽然Tokio无法阻止所有错误,但它的目的是最小化它们。它通过提供难以滥用的API来实现这一点。在一天结束时,您可以自信地将应用程序投入到生产中。

所有权和类型系统

Rust 的所有权模型和类型系统可以实现系统级应用程序,而不必担心内存不安全。它可以防止经典错误,例如访问未初始化的内存、使用释放后的内存等等;而且它是在不添加任何运行时开销的情况下实现了这些。

此外,API能够利用类型系统来提供难以滥用的API。例如,Mutex不要求用户明确解锁:

use std::sync::Mutex;

let foo = "".to_string();
let data = Mutex::new(foo);

let locked = data.lock().unwrap();
println!("locked data: {}", &locked[..]);

// 当 `locked` 变量离开作用域时,锁会在这里自动释放

背压

在基于推送的系统中,当生产者生产数据快于消费者所能处理的速度时,数据将开始积压。待处理数据存储在内存中。除非生产者停止生产,否则系统最终会耗尽内存并崩溃。消费者通知生产者减速的能力就是背压。

因为Tokio使用基于轮询的模型,所以大多数问题根本不存在。生产者默认是惰性的,除非消费者要求,否则他们不会产生任何数据。这是Tokio的基础。

撤销

由于Tokio基于轮询的模型,除非对它们进行轮询,否则计算不起作用。而计算的从属单元持有表示该计算结果的Future对象。如果不再需要这个结果,则Future会被撤销。此时,将不再轮询计算,因此不再执行任何工作。

借助 Rust 的所有权模型,计算能够通过实现 drop 函数来检测Future 的析构。这允许它执行任何必要的清理工作。

轻量

Tokio可以很好地扩展,而不会增加应用程序的开销,使其能够在资源受限的环境中茁壮成长。

没有垃圾收集器

因为Tokio是基于Rust构建的,所以编译后的可执行文件仅包含极小的语言运行时。最终产品类似于 C++ 编译器的生成物。这意味着,没有垃圾收集器,没有虚拟机,没有JIT编译,也没有堆栈操作。编写您的服务器应用程序,而不必担心 stop-the-world 暂停。

可以使用Tokio而不会产生任何运行时分配,使其非常适合实时用例。

模块化

虽然Tokio提供了很多开箱即用的功能,但它的组织非常模块化。每个组件都位于一个单独的库中。如果需要,应用程序可以选择挑选所需的组件,避免依赖其余组件。

Tokio 借助 mio 来实现系统事件队列,借助 futures 来定义任务。Tokio 实现来 async 语法来改善 future 的可读性. 很多 库都使用 Tokio 来实现, 包括 hyperactix.

例子

一个使用 Tokio 的基本的 TCP echo服务器:

extern crate tokio;

use tokio::prelude::*;
use tokio::io::copy;
use tokio::net::TcpListener;

fn main() {
    // Bind the server's socket.
    let addr = "127.0.0.1:12345".parse().unwrap();
    let listener = TcpListener::bind(&addr)
        .expect("unable to bind TCP listener");

    // Pull out a stream of sockets for incoming connections
    let server = listener.incoming()
        .map_err(|e| eprintln!("accept failed = {:?}", e))
        .for_each(|sock| {
            // Split up the reading and writing parts of the
            // socket.
            let (reader, writer) = sock.split();

            // A future that echos the data and returns how
            // many bytes were copied...
            let bytes_copied = copy(reader, writer);

            // ... after which we'll print what happened.
            let handle_conn = bytes_copied.map(|amt| {
                println!("wrote {:?} bytes", amt)
            }).map_err(|err| {
                eprintln!("IO error {:?}", err)
            });

            // Spawn the future as a concurrent task.
            tokio::spawn(handle_conn)
        });

    // Start the Tokio runtime
    tokio::run(server);
}

更多例子在这里

上次更新: 1/7/2019, 11:59:10 AM