使用 `join!` 和 `select!` 同时运行多个 Future

招数单一，杀伤力惊人，说的就是 .await ，但是光用它，还真做不到一招鲜吃遍天。比如我们该如何同时运行多个任务，而不是使用 .await 慢悠悠地排队完成。

join!

futures 包中提供了很多实用的工具，其中一个就是 join! 宏，它允许我们同时等待多个不同 Future 的完成，且可以并发地运行这些 Future。

先来看一个不是很给力的、使用.await的版本:

#![allow(unused)]
fn main() {
async fn enjoy_book_and_music() -> (Book, Music) {
    let book = enjoy_book().await;
    let music = enjoy_music().await;
    (book, music)
}
}

这段代码可以顺利运行，但是有一个很大的问题，就是必须先看完书后，才能听音乐。咱们以前，谁又不是那个摇头晃脑爱读书(耳朵里偷偷塞着耳机，听的正 high)的好学生呢？

要支持同时看书和听歌，有些人可能会凭空生成下面代码：

#![allow(unused)]
fn main() {
// WRONG -- 别这么做
async fn enjoy_book_and_music() -> (Book, Music) {
    let book_future = enjoy_book();
    let music_future = enjoy_music();
    (book_future.await, music_future.await)
}
}

看上去像模像样，嗯，在某些语言中也许可以，但是 Rust 不行。因为在某些语言中，Future一旦创建就开始运行，等到返回的时候，基本就可以同时结束并返回了。但是 Rust 中的 Future 是惰性的，直到调用 .await 时，才会开始运行。而那两个 await 由于在代码中有先后顺序，因此它们是顺序运行的。

为了正确的并发运行两个 Future ，我们来试试 futures::join! 宏:

#![allow(unused)]
fn main() {
use futures::join;

async fn enjoy_book_and_music() -> (Book, Music) {
    let book_fut = enjoy_book();
    let music_fut = enjoy_music();
    join!(book_fut, music_fut)
}
}

Duang，目标顺利达成。同时 join! 会返回一个元组，里面的值是对应的 Future 执行结束后输出的值。

如果希望同时运行一个数组里的多个异步任务，可以使用 futures::future::join_all 方法

try_join!

由于 join! 必须等待它管理的所有 Future 完成后才能完成，如果你希望在某一个 Future 报错后就立即停止所有 Future 的执行，可以使用 try_join!，特别是当 Future 返回 Result 时:

#![allow(unused)]
fn main() {
use futures::try_join;

async fn get_book() -> Result<Book, String> { /* ... */ Ok(Book) }
async fn get_music() -> Result<Music, String> { /* ... */ Ok(Music) }

async fn get_book_and_music() -> Result<(Book, Music), String> {
    let book_fut = get_book();
    let music_fut = get_music();
    try_join!(book_fut, music_fut)
}
}

有一点需要注意，传给 try_join! 的所有 Future 都必须拥有相同的错误类型。如果错误类型不同，可以考虑使用来自 futures::future::TryFutureExt 模块的 map_err 和 err_info 方法将错误进行转换:

#![allow(unused)]
fn main() {
use futures::{
    future::TryFutureExt,
    try_join,
};

async fn get_book() -> Result<Book, ()> { /* ... */ Ok(Book) }
async fn get_music() -> Result<Music, String> { /* ... */ Ok(Music) }

async fn get_book_and_music() -> Result<(Book, Music), String> {
    let book_fut = get_book().map_err(|()| "Unable to get book".to_string());
    let music_fut = get_music();
    try_join!(book_fut, music_fut)
}
}

join! 很好很强大，但是人无完人，J 无完 J, 它有一个很大的问题。

select!

join! 只有等所有 Future 结束后，才能集中处理结果，如果你想同时等待多个 Future ，且任何一个 Future 结束后，都可以立即被处理，可以考虑使用 futures::select!:

#![allow(unused)]
fn main() {
use futures::{
    future::FutureExt, // for `.fuse()`
    pin_mut,
    select,
};

async fn task_one() { /* ... */ }
async fn task_two() { /* ... */ }

async fn race_tasks() {
    let t1 = task_one().fuse();
    let t2 = task_two().fuse();

    pin_mut!(t1, t2);

    select! {
        () = t1 => println!("任务1率先完成"),
        () = t2 => println!("任务2率先完成"),
    }
}
}

上面的代码会同时并发地运行 t1 和 t2，无论两者哪个先完成，都会调用对应的 println! 打印相应的输出，然后函数结束且不会等待另一个任务的完成。

但是，在实际项目中，我们往往需要等待多个任务都完成后，再结束，像上面这种其中一个任务结束就立刻结束的场景着实不多。

default 和 complete

select!还支持 default 和 complete 分支:

complete 分支当所有的 Future 和 Stream 完成后才会被执行，它往往配合 loop 使用，loop 用于循环完成所有的 Future
default 分支，若没有任何 Future 或 Stream 处于 Ready 状态，则该分支会被立即执行

use futures::future;
use futures::select;
pub fn main() {
    let mut a_fut = future::ready(4);
    let mut b_fut = future::ready(6);
    let mut total = 0;

    loop {
        select! {
            a = a_fut => total += a,
            b = b_fut => total += b,
            complete => break,
            default => panic!(), // 该分支永远不会运行，因为 `Future` 会先运行，然后是 `complete`
        };
    }
    assert_eq!(total, 10);
}

以上代码 default 分支由于最后一个运行，而在它之前 complete 分支已经通过 break 跳出了循环，因此 default 永远不会被执行。

如果你希望 default 也有机会露下脸，可以将 complete 的 break 修改为其它的，例如 println!("completed!")，然后再观察下运行结果。

再回到 select 的第一个例子中，里面有一段代码长这样：

#![allow(unused)]
fn main() {
let t1 = task_one().fuse();
let t2 = task_two().fuse();

pin_mut!(t1, t2);
}

当时没有展开讲，相信大家也有疑惑，下面我们来一起看看。

跟 `Unpin` 和 `FusedFuture` 进行交互

首先，.fuse() 方法可以让 Future 实现 FusedFuture 特征，而 pin_mut! 宏会为 Future 实现 Unpin 特征，这两个特征恰恰是使用 select 所必须的:

Unpin，由于 select 不会通过拿走所有权的方式使用 Future，而是通过可变引用的方式去使用，这样当 select 结束后，该 Future 若没有被完成，它的所有权还可以继续被其它代码使用。
FusedFuture 的原因跟上面类似，当 Future 一旦完成后，那 select 就不能再对其进行轮询使用。Fuse 意味着熔断，相当于 Future 一旦完成，再次调用 poll 会直接返回 Poll::Pending。

只有实现了 FusedFuture，select 才能配合 loop 一起使用。假如没有实现，就算一个 Future 已经完成了，它依然会被 select 不停的轮询执行。

Stream 稍有不同，它们使用的特征是 FusedStream。通过 .fuse()(也可以手动实现)实现了该特征的 Stream，对其调用 .next() 或 .try_next() 方法可以获取实现了 FusedFuture 特征的Future:

#![allow(unused)]
fn main() {
use futures::{
    stream::{Stream, StreamExt, FusedStream},
    select,
};

async fn add_two_streams(
    mut s1: impl Stream<Item = u8> + FusedStream + Unpin,
    mut s2: impl Stream<Item = u8> + FusedStream + Unpin,
) -> u8 {
    let mut total = 0;

    loop {
        let item = select! {
            x = s1.next() => x,
            x = s2.next() => x,
            complete => break,
        };
        if let Some(next_num) = item {
            total += next_num;
        }
    }

    total
}
}

在 select 循环中并发

一个很实用但又鲜为人知的函数是 Fuse::terminated() ，可以使用它构建一个空的 Future ，空自然没啥用，但是如果它能在后面再被填充呢？

考虑以下场景：当你要在 select 循环中运行一个任务，但是该任务却是在 select 循环内部创建时，上面的函数就非常好用了。

#![allow(unused)]
fn main() {
use futures::{
    future::{Fuse, FusedFuture, FutureExt},
    stream::{FusedStream, Stream, StreamExt},
    pin_mut,
    select,
};

async fn get_new_num() -> u8 { /* ... */ 5 }

async fn run_on_new_num(_: u8) { /* ... */ }

async fn run_loop(
    mut interval_timer: impl Stream<Item = ()> + FusedStream + Unpin,
    starting_num: u8,
) {
    let run_on_new_num_fut = run_on_new_num(starting_num).fuse();
    let get_new_num_fut = Fuse::terminated();
    pin_mut!(run_on_new_num_fut, get_new_num_fut);
    loop {
        select! {
            () = interval_timer.select_next_some() => {
                // 定时器已结束，若`get_new_num_fut`没有在运行，就创建一个新的
                if get_new_num_fut.is_terminated() {
                    get_new_num_fut.set(get_new_num().fuse());
                }
            },
            new_num = get_new_num_fut => {
                // 收到新的数字 -- 创建一个新的`run_on_new_num_fut`并丢弃掉旧的
                run_on_new_num_fut.set(run_on_new_num(new_num).fuse());
            },
            // 运行 `run_on_new_num_fut`
            () = run_on_new_num_fut => {},
            // 若所有任务都完成，直接 `panic`， 原因是 `interval_timer` 应该连续不断的产生值，而不是结束
            //后，执行到 `complete` 分支
            complete => panic!("`interval_timer` completed unexpectedly"),
        }
    }
}
}

当某个 Future 有多个拷贝都需要同时运行时，可以使用 FuturesUnordered 类型。下面的例子跟上个例子大体相似，但是它会将 run_on_new_num_fut 的每一个拷贝都运行到完成，而不是像之前那样一旦创建新的就终止旧的。

#![allow(unused)]
fn main() {
use futures::{
    future::{Fuse, FusedFuture, FutureExt},
    stream::{FusedStream, FuturesUnordered, Stream, StreamExt},
    pin_mut,
    select,
};

async fn get_new_num() -> u8 { /* ... */ 5 }

async fn run_on_new_num(_: u8) -> u8 { /* ... */ 5 }


// 使用从 `get_new_num` 获取的最新数字 来运行 `run_on_new_num`
//
// 每当计时器结束后，`get_new_num` 就会运行一次，它会立即取消当前正在运行的`run_on_new_num` ,
// 并且使用新返回的值来替换
async fn run_loop(
    mut interval_timer: impl Stream<Item = ()> + FusedStream + Unpin,
    starting_num: u8,
) {
    let mut run_on_new_num_futs = FuturesUnordered::new();
    run_on_new_num_futs.push(run_on_new_num(starting_num));
    let get_new_num_fut = Fuse::terminated();
    pin_mut!(get_new_num_fut);
    loop {
        select! {
            () = interval_timer.select_next_some() => {
                 // 定时器已结束，若 `get_new_num_fut` 没有在运行，就创建一个新的
                if get_new_num_fut.is_terminated() {
                    get_new_num_fut.set(get_new_num().fuse());
                }
            },
            new_num = get_new_num_fut => {
                 // 收到新的数字 -- 创建一个新的 `run_on_new_num_fut` (并没有像之前的例子那样丢弃掉旧值)
                run_on_new_num_futs.push(run_on_new_num(new_num));
            },
            // 运行 `run_on_new_num_futs`, 并检查是否有已经完成的
            res = run_on_new_num_futs.select_next_some() => {
                println!("run_on_new_num_fut returned {:?}", res);
            },
            // 若所有任务都完成，直接 `panic`， 原因是 `interval_timer` 应该连续不断的产生值，而不是结束
            //后，执行到 `complete` 分支
            complete => panic!("`interval_timer` completed unexpectedly"),
        }
    }
}
}

Rust语言圣经(Rust Course)

使用 join! 和 select! 同时运行多个 Future