译自Rust futures: an uneducated, short and hopefully not boring tutorial - Part 4 - A "real" future from scratch
本文时间：2018-12-03，译者:
motecshine, 简介：motecshine
欢迎向Rust中文社区投稿,投稿地址 ,好文将在以下地方直接展示
- Rust中文社区首页
- Rust中文社区Rust文章栏目
- 知乎专栏Rust语言
- sf.gg专栏Rust语言
- 微博Rustlang-cn
Intro
上三篇文章我们阐述如何处理Future的基础知识， 我们现在能组织多个Future成为一个Future chain, 执行他们,甚至创建他们.但是到现在我们的Future还没有贴近我们日常的使用场景。(But, so far, our futures are not really delegating the execution to another thing.)
在Part-3中我们用了粗暴的方法来Unpark Future。虽然解决了问题，并且使Reactor变得相对高效，但是这不是最佳实践。今天就让我们换种更好的方式去实现Future。
A timer future
我们可以创建一个最简单的Timer Future(就像我们在Part-3章节所做的那样). 但这一次，我们不会立即Unpark Future Task, 而是一直Parked， 直到这个Future准备完为止. 我们该怎样实现？ 最简单的方式就是再委派一个线程。这个线程将等待一段时间， 然后Unpark我们的Future Task.
这就像在模拟一个AsyncIO的使用场景。当我们异步做的一些事情已经完成我们会收到与之相应的通知。为了简单起见，我们认为Reactor是单线程的，在等待通知的时候可以做其他的事情。
Timer revised
我们的结构体非常简单.他包含结束日期和任务是否在运行。
pub struct WaitInAnotherThread {
end_time: DateTime<Utc>,
running: bool,
}
impl WaitInAnotherThread {
pub fn new(how_long: Duration) -> WaitInAnotherThread {
WaitInAnotherThread {
end_time: Utc::now() + how_long,
running: false,
}
}
}DateTime类型和Duration持续时间来自chronos crate.
Spin wait
实现等待时间的函数:
pub fn wait_spin(&self) {
while Utc::now() < self.end_time {}
println!("the time has come == {:?}!", self.end_time);
}
fn main() {
let wiat = WaitInAnotherThread::new(Duration::seconds(30));
println!("wait spin started");
wiat.wait_spin();
println!("wait spin completed");
}在这种情况下，我们基本上会根据到期时间检查当前时间。 这很有效，而且非常精确。 这种方法的缺点是我们浪费了大量的CPU周期。 在我的电脑上, CPU一个核心完全被占用，这和我们Part-3遇到的情况一致。
Spin wait这种方式只适用于等待时间非常短的场景, 或者你没有别的选择的情况下使用它。
Sleep wait
系统通常会允许你的线程Park一段特定的时间.这通常被称为线程睡眠。睡眠线程X秒，换据换的意思是: 告诉系统X秒内，不需要调度我。这样的好处是，CPU可以在这段时间内干别的事情。在Rust中我们使用std::thread::sleep().
pub fn wait_blocking(&self) {
while Utc::now() < self.end_time {
let delta_sec = self.end_time.timestamp() - Utc::now().timestamp();
if delta_sec > 0 {
thread::sleep(::std::time::Duration::from_secs(delta_sec as u64));
}
}
println!("the time has come == {:?}!", self.end_time);
}
let wiat = WaitInAnotherThread::new(Duration::seconds(30));
println!("wait blocking started");
wiat.wait_blocking();
println!("wait blocking completed");尝试运行我们的代码会发现, 改进过的代码再也不会完全占用一个CPU核心了。改进过的代码比我们该开始写的性能好多了，但是这就是Future了吗？
Future
当然不是，我们还没有实现Future Trait, 所以，我们现在实现它。
impl Future for WaitInAnotherThread {
type Item = ();
type Error = Box<Error>;
fn poll(&mut self) -> Poll<Self::Item, Self::Error> {
while Utc::now() < self.end_time {
let delta_sec = self.end_time.timestamp() - Utc::now().timestamp();
if delta_sec > 0 {
thread::sleep(::std::time::Duration::from_secs(delta_sec as u64));
}
}
println!("the time has come == {:?}!", self.end_time);
Ok(Async::Ready(())
}emmm，这块代码我们是不是以前见过， 跟上篇我们写的一个很像，它会阻塞Reactor，这样做实在是太糟糕了。
Future 应该尽可能的不要阻塞。
一个Reactor的最佳实践应该至少包含下面几条：
- 当主
Task需要等待别的Task时，应该停止它。 - 不要阻塞当前线程。
- 任务完成时向
Reactor发送信号。
我们要做的是创建另一个睡眠线程. 睡眠的线程是不会占用CPU资源。所以在另一个线程里Reactor还像往常那样，高效的工作着。当这个Sleep Thread醒来后, 它会Unpark这个任务, 并且通知Reactor。
让我们一步一步完善我们的想法:
impl Future for WaitInAnotherThread {
type Item = ();
type Error = Box<Error>;
fn poll(&mut self) -> Poll<Self::Item, Self::Error> {
if Utc::now() < self.end_time {
println!("not ready yet! parking the task.");
if !self.running {
println!("side thread not running! starting now!");
self.run(task::current());
self.running = true;
}
Ok(Async::NotReady)
} else {
println!("ready! the task will complete.");
Ok(Async::Ready(()))
}
}
}我们只需要创建一个并行线程, 所以我们需要有个字段来判断(WaitInAnotherThread.runing)，当前需不需要创建这个线程。这里需要注意的是当Future被轮询之前，这些代码是不会被执行的。当然我们还会检测当前时间是否大于过期时间，如果大于，也不会产生另外一个线程。
如果end_time大于当前的时间并且另一个线程没有被创建，程序就会立即创建一个新的线程。然后程序会返回Ok(Async::NotReady()), 与我们Part-3中所做的相反，我们不会在这里Unpark Task. 这是另一个线程应该做的事情。在别的实现中，例如IO，唤醒我们的主线程的应该是操作系统。
fn run(&mut self, task: task::Task) {
let lend = self.end_time;
thread::spawn(move || {
while Utc::now() < lend {
let delta_sec = lend.timestamp() - Utc::now().timestamp();
if delta_sec > 0 {
thread::sleep(::std::time::Duration::from_secs(delta_sec as u64));
}
task.notify();
}
println!("the time has come == {:?}!", lend);
});
}这里有两件事情需要注意下.
- 我们将
Task引用传递给，另一个并行的线程。这很重要，因为我们不能在单独的线程里使用task::current. - 我们不能将self移动到闭包中，所以我们需要转移所有权至
lend变量.为啥这样做？
Rust中的线程需要实现具有'static生命周期的Send Trait。
task自身实现了上述的要求所以可以引用传递。但是我们的结构体没有实现，所以这也是为什么要移动end_time的所有权。这就意味着当线程被创建后你不能更改end_time.
让我们尝试运行下:
fn main() {
let mut reactor = Core::new().unwrap();
let wiat = WaitInAnotherThread::new(Duration::seconds(3));
println!("wait future started");
let ret = reactor.run(wiat).unwrap();
println!("wait future completed. ret == {:?}", ret);
}运行结果：
Finished dev [unoptimized + debuginfo] target(s) in 0.96 secs
Running `target/debug/tst_fut_complete`
wait future started
not ready yet! parking the task.
side thread not running! starting now!
the time has come == 2017-11-21T12:55:23.397862771Z!
ready! the task will complete.
wait future completed. ret == ()让我们总结下流程：
- 我们让
Reactor执行我们的Future. -
Future发现end_time大于当前时间：Park Task- 开启另一个线程
-
副线程在一段时间后被唤醒:
- 告诉
Reactor我们的Task可以Unpark了。 - 销毁自身
- 告诉
-
Reactor唤醒被Park的Task -
Future(Task)完成了自身的任务：- 通知
Reactor - 返回相应的结果
- 通知
- reactor将任
Task的输出值返回给run函数的调用者。
Code
extern crate chrono;
extern crate futures;
extern crate tokio_core;
use chrono::prelude::*;
use chrono::*;
use futures::prelude::*;
use futures::*;
use std::error::Error;
use std::thread::{sleep, spawn};
use tokio_core::reactor::Core;
pub struct WaitInAnotherThread {
end_time: DateTime<Utc>,
running: bool,
}
impl WaitInAnotherThread {
pub fn new(how_long: Duration) -> WaitInAnotherThread {
WaitInAnotherThread {
end_time: Utc::now() + how_long,
running: false,
}
}
fn run(&mut self, task: task::Task) {
let lend = self.end_time;
spawn(move || {
while Utc::now() < lend {
let delta_sec = lend.timestamp() - Utc::now().timestamp();
if delta_sec > 0 {
sleep(::std::time::Duration::from_secs(delta_sec as u64));
}
task.notify();
}
println!("the time has come == {:?}!", lend);
});
}
}
impl Future for WaitInAnotherThread {
type Item = ();
type Error = Box<Error>;
fn poll(&mut self) -> Poll<Self::Item, Self::Error> {
if Utc::now() < self.end_time {
println!("not ready yet! parking the task.");
if !self.running {
println!("side thread not running! starting now!");
self.run(task::current());
self.running = true;
}
Ok(Async::NotReady)
} else {
println!("ready! the task will complete.");
Ok(Async::Ready(()))
}
}
}
fn main() {
let mut reactor = Core::new().unwrap();
let wiat = WaitInAnotherThread::new(Duration::seconds(3));
println!("wait future started");
let ret = reactor.run(wiat).unwrap();
println!("wait future completed. ret == {:?}", ret);
}Conclusion
到目前未知我们完整的实现了没有阻塞的real life future. 所以也没有浪费CPU资源。除了这个例子你还能想到与此相同的应用场景吗？
尽管RUST早都有现成的Crate帮我们实现好了。但是了解其中的工作原理还是对我们有很大的帮助。
下一个主题将是Streams，目标是：创建一个不会阻塞Reactor的Iterators.
有疑问加站长微信联系（非本文作者）
