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并发、并行、异步
核心定义
- 并发：多个任务在重叠时间段内执行（单核上下文切换）
- 并行：多个任务同时执行（需多核硬件支持）
- 异步：非阻塞任务调度，在等待I/O时释放线程执行其他任务 Rust 提供：
- 线程（
std::thread）实现并发/并行 async/await语法 + 运行时（如 Tokio）实现异步- 并行库（如
rayon）简化数据并行处理
- 线程（
工作原理
并发/并行
通过 OS 线程或绿色线程（用户态线程）分割任务。线程间用通道（mpsc）或锁（Mutex）同步数据。
异步
- 异步函数返回
Future（待执行任务） - 运行时（如 Tokio）调度
Future，在 I/O 等待时挂起并执行其他任务 - I/O 就绪后唤醒任务继续执行
flowchart TD
A[启动任务] --> B{执行模式}
B -->|并发| C[单核切换执行 Task1/Task2]
B -->|并行| D[多核同时执行 Task1+Task2]
B -->|异步| E[Task1 等待I/O时执行 Task2]
C & D & E --> F[完成]关键点
- 线程安全：
Send（可跨线程传递）+Sync（可线程间共享）trait 保障安全 - 异步运行时：需外部库（如 Tokio）提供任务调度和I/O事件驱动
- 零成本抽象：Rust 异步无运行时开销（编译期生成状态机）
- 数据并行：
rayon的par_iter()自动拆分数据集到多核 - 同步原语：
Arc/Mutex共享数据，channel跨线程通信
常见误区
- 混淆并发与并行：并发是编程模式，并行是执行方式
- 滥用线程：创建过多线程导致调度开销（异步更高效）
- 阻塞异步运行时：在异步任务中调用阻塞函数（如
std::net） - 误用共享状态：未用
Mutex导致数据竞争 - 忽略生命周期：跨线程传递引用需
'static或Arc
应用场景
| 场景 | 解决方案 | 优势 |
|---|---|---|
| CPU密集型计算 | rayon 并行迭代器 | 自动利用多核，接近线性加速 |
| 高并发网络服务 | Tokio 异步运行时 | 单线程处理数千连接，低内存占用 |
| 实时数据处理管道 | 线程池 + 跨线程通道 | 解耦生产/消费，控制任务优先级 |
| GUI事件循环 | async + 事件驱动（如 winit） | 避免阻塞UI线程 |
| 批量I/O操作 | tokio::fs 异步文件操作 | 等待磁盘时释放线程执行其他任务 |
关联知识
- Future 系统：异步核心 trait，表示延迟计算
- Pin 与 Unpin：固定内存地址支持自引用结构
- 执行器（Executor）：调度和运行
Future（如 Tokio） - 反应器（Reactor）：I/O 事件通知系统（如
mio） - 工作窃取调度：运行时优化负载均衡（Tokio 默认）
- 原子操作：
AtomicBool/AtomicUsize实现无锁并发 - 线程局部存储：
thread_local!实现线程私有数据
💡 黄金法则： CPU密集型 → 并行（
rayon） I/O密集型 → 异步（tokio/async-std） 简单隔离任务 → 线程（std::thread） 始终用RUST_LOG=info监控运行时行为！