异步运行时

在前面的章节中，我们讲到过异步运行时负责调度执行使用者创建的 Future，那么异步运行时到底是如何工作的呢？在本章中，我们将会实现一个简单的单线程异步运行时，提供异步的网络IO读写操作，以探讨运行时的具体工作机制。

本章节的源代码仓库地址：async-runtime。

在正式开始之前，我们首先明确一下即将实现的运行时的工作原理：

1. 用户使用 async fn 或者 async {} 的方式创建 Non-Leaf Future，然后使用 spawn 方法创建一个异步 task，并将这个 task 发送到 executor 的任务队列中。

2. executor 从 task_queue 中取出 task，调用task 的 poll 方法，驱动 Non-Leaf Future 开始执行（如果已经开始执行了，则从上次的 await 断点处继续执行），就这样一直执行 Future 中的代码，直到遇到 Leaf Future.await。

3. 调用 Leaf Future 的 poll 方法，如果 Leaf Future 对应的IO事件已经就绪，则直接返回 Poll::Ready(data)；如果对应的IO事件没有就绪，则调用 Reactor 的 register 方法注册等待的IO事件和 waker，然后 Poll::Pending（Non-Leaf Future 将会被挂起），executor 可以继续执行其他的 task。

4. Reactor 会把注册的文件描述符 fd、waker 保存在BTreeMap<fd, waker> 中，然后调用 Epoll 提供的方法注册在 fd 上想要等待的 event 到 Epoll 系统中。

5. Reactor 调用 Epoll 提供的 wait 方法获取所有就绪的文件描述符 fds，然后遍历 fds，通过 fd 匹配之前在 BTreeMap 中存储的 waker，然后调用 waker 的 wake 方法把 task 发送到 executor 的执行队列中，这样之前挂起的 Non-Leaf Future 就能够继续执行了。

通过上面的原理讲解我们可以知道，异步代码之所以高效的原因就是避免了IO对线程的阻塞：

• 当执行一个 task 时，如果遇到了没有就绪的 IO 操作，就注册 waker 到 Reactor 中，然后挂起这个 task，executor 就可以继续执行其他的 task。

• 当 task 等待的 IO 事件就绪时，Reactor 就会通过 waker 唤醒关联的 task，然后就可以执行之前挂起的 task 了。