Rust async/Future 与 Send/Sync

更新时间：2026-09-18。Rust 的异步是「语言提供 Future + 外部运行时驱动」的组合，和内置 runtime 的语言差别很大。深入版见 异步运行时内部、错误处理与异步。

一、Future 是惰性的状态机

async fn 不会在调用时执行，而是返回一个实现了 Future 的状态机；直到被运行时 poll（通过 .await 或 spawn）才推进：

async fn fetch(id: u64) -> String { /* 遇到 IO 就挂起，不占线程 */ }

#[tokio::main]
async fn main() {
    let s = fetch(1).await;          // .await：挂起当前任务、让出线程，就绪后恢复
    tokio::spawn(async { fetch(2).await; }); // 交给运行时并发调度
}

.await 的本质是「若没就绪就返回 Pending、让出执行权，就绪后从上次状态恢复」，因此等待期间不阻塞 OS 线程，少量线程可承接到大量并发任务。

二、Send / Sync

trait	含义
T: Send	T 的所有权可以安全转移到另一个线程
T: Sync	&T 可以安全地被多个线程共享（等价 &T: Send）

大多数类型由编译器自动派生（i32、String 都是 Send+Sync）；Rc、裸指针、RefCell 不是 Send/Sync。需要手动实现时要写 unsafe impl，这是在向编译器「担保」线程安全。

三、为什么跨 .await 要 Send

tokio::spawn 要求 Future: Send + 'static，因为任务可能在一个线程挂起、被调度到另一个线程恢复，跨越挂起点仍存活的变量都会被编进状态机：

// 编译错误：std::sync::MutexGuard 不是 Send，跨过 .await 仍被持有
let guard = std_lock.lock().unwrap();
some_async().await;     // guard 在此存活 → future 不是 Send
drop(guard);

修法：把 guard 的作用域限制在 .await 之前结束（用块或先 drop），异步场景优先用 tokio::sync::Mutex。

四、常见坑

1. 忘了驱动 Future：只调用 async fn 不 .await/不 spawn，代码根本不执行（还会有 unused 警告）。
2. 在 async 里跑阻塞代码：std::thread::sleep、大 CPU 计算、同步文件 IO 会堵死整个 worker 线程，应用 tokio::time::sleep，阻塞活放 spawn_blocking。
3. 在非 async 上下文 .await：.await 只能在 async fn/block 内；同步入口用 block_on/runtime。
4. 'static 误解：spawn 要求 'static 是说任务不能持有可能提前失效的栈引用，用所有权或 Arc，不是硬标生命周期。
5. 并发误用：要同时跑多个 Future 用 tokio::join!/select!，连续 .await 仍是串行。

总结

Rust 的 async fn 返回惰性 Future（编译器生成的状态机），调用本身不执行，靠 tokio 等外部运行时 poll、用 .await 在未就绪时让出线程、就绪后恢复，因此等待不阻塞线程；Send 表示所有权可跨线程转移、Sync 表示引用可跨线程共享，大多自动派生而 Rc/RefCell/裸指针不满足；tokio::spawn 要求 Future 为 Send+'static，使任何跨过 .await 仍存活的非 Send 变量（如 std 锁守卫）都导致编译失败，要在 await 前释放或改用异步锁，同时切忌在异步任务里直接执行阻塞/重 CPU 代码，应交给 spawn_blocking。