Les méthodes de programmation synchrone traditionnelles créent souvent des goulets d’étranglement au niveau de la performance. En effet, le programme doit attendre la fin de chaque opération, notamment celles qui sont lentes, avant de pouvoir passer à l’étape suivante. Cela engendre généralement une utilisation inefficace des ressources et une expérience utilisateur ralentie.
La programmation asynchrone, quant à elle, vous donne la possibilité d’écrire un code non bloquant qui exploite les ressources du système de manière plus efficiente. Grâce à cette approche, vous pouvez concevoir des applications qui exécutent de multiples tâches simultanément. La programmation asynchrone s’avère particulièrement utile pour gérer plusieurs requêtes réseau ou traiter d’importants volumes de données sans pour autant interrompre le flux d’exécution.
Programmation asynchrone en Rust
Le modèle de programmation asynchrone de Rust vous permet de concevoir du code Rust performant, capable de s’exécuter de façon simultanée, sans bloquer le flux d’exécution. La programmation asynchrone est particulièrement avantageuse lorsqu’il s’agit d’opérations d’E/S, de requêtes réseau et de tâches qui nécessitent d’attendre des ressources externes.
Il existe plusieurs manières de mettre en œuvre la programmation asynchrone dans vos applications Rust. Parmi elles, on retrouve des fonctionnalités intégrées au langage, des bibliothèques dédiées, et l’environnement d’exécution Tokio.
De plus, le système de propriété de Rust, ainsi que ses primitives de concurrence telles que les canaux et les verrous, garantissent une programmation simultanée sûre et performante. Vous pouvez donc tirer parti de ces atouts, combinés à la programmation asynchrone, pour développer des systèmes concurrents qui s’adaptent bien et exploitent efficacement plusieurs cœurs de processeur.
Concepts clés de la programmation asynchrone en Rust
Les futures constituent la base de la programmation asynchrone dans Rust. Une future représente un calcul asynchrone qui n’a pas encore été complètement exécuté.
Les futures sont dites « paresseuses » : elles ne sont exécutées que lorsqu’elles sont interrogées. Lorsque vous appelez la méthode `poll()` sur une future, celle-ci vérifie si l’opération est terminée ou si elle nécessite des actions supplémentaires. Si la future n’est pas prête, elle retourne `Poll::Pending`, indiquant que la tâche doit être planifiée pour une exécution ultérieure. Si, au contraire, elle est prête, elle retourne `Poll::Ready` avec la valeur de résultat.
La chaîne d’outils standard de Rust intègre des primitives d’E/S asynchrones, offrant une version asynchrone des E/S de fichiers, de la mise en réseau et des temporisateurs. Ces primitives permettent d’effectuer des opérations d’E/S de manière asynchrone, évitant ainsi de bloquer l’exécution du programme en attendant la fin de ces tâches.
La syntaxe `async`/`await` vous permet d’écrire du code asynchrone qui ressemble à du code synchrone, ce qui rend votre code plus intuitif et plus facile à maintenir.
L’approche de Rust en matière de programmation asynchrone met l’accent sur la sécurité et les performances. Les règles de propriété et d’emprunt garantissent la sécurité de la mémoire et évitent les problèmes de concurrence courants. La syntaxe `async`/`await` et les futures fournissent un moyen intuitif d’exprimer des flux de travail asynchrones. Vous pouvez utiliser un environnement d’exécution tiers pour gérer les tâches en vue d’une exécution efficace.
En combinant ces fonctionnalités du langage, ces bibliothèques et cet environnement d’exécution, vous avez la possibilité de créer du code très performant. L’ensemble constitue un cadre puissant et ergonomique pour la conception de systèmes asynchrones. C’est ce qui fait de Rust un choix populaire pour les projets nécessitant une gestion performante des opérations d’E/S et une forte concurrence.
Il est à noter que les versions de Rust 1.39 et supérieures ne prennent pas en charge les opérations asynchrones au sein de la bibliothèque standard. Pour utiliser la syntaxe `async`/`await` et gérer les opérations asynchrones dans Rust, vous aurez besoin d’une « crate » (une bibliothèque) tierce. Des packages tels que Tokio ou `async-std` peuvent être utilisés à cet effet.
Programmation asynchrone avec Tokio
Tokio est un environnement d’exécution asynchrone très performant pour Rust. Il propose des outils pour développer des applications extrêmement performantes et évolutives. Grâce à Tokio, vous pouvez exploiter pleinement la puissance de la programmation asynchrone, tout en bénéficiant de fonctionnalités d’extensibilité.
Au cœur de Tokio se trouve son modèle de planification et d’exécution de tâches asynchrones. Avec Tokio, vous pouvez écrire du code asynchrone en utilisant la syntaxe `async`/`await`, permettant ainsi une utilisation efficace des ressources du système et une exécution simultanée des tâches. La boucle d’événements de Tokio gère la planification des tâches avec efficacité, assurant une utilisation optimale des cœurs de processeur et limitant au maximum la surcharge liée aux changements de contexte.
Les combinateurs de Tokio facilitent la coordination et la composition des tâches. Tokio offre des outils puissants pour coordonner et composer des tâches. Vous pouvez ainsi attendre que plusieurs tâches se terminent avec `join`, sélectionner la première tâche terminée avec `select`, ou encore lancer des tâches en compétition avec `race`.
Pour utiliser Tokio, vous devez l’ajouter comme dépendance dans votre fichier `Cargo.toml`.
[dependencies]
tokio = { version = "1.9", features = ["full"] }
Voici un exemple d’utilisation de la syntaxe `async`/`await` dans un programme Rust avec Tokio :
use tokio::time::sleep;
use std::time::Duration;async fn hello_world() {
println!("Hello, ");
sleep(Duration::from_secs(1)).await;
println!("World!");
}#[tokio::main]
async fn main() {
hello_world().await;
}
La fonction `hello_world` est asynchrone, elle peut donc utiliser le mot-clé `await` pour suspendre son exécution jusqu’à ce qu’une future soit résolue. La fonction `hello_world` affiche d’abord « Hello, » sur la console. L’appel à `Duration::from_secs(1)` suspend l’exécution de la fonction pendant une seconde. Le mot-clé `await` attend la fin de la future du sleep. Finalement, la fonction `hello_world` affiche « World! » à la console.
La fonction `main` est une fonction asynchrone décorée par l’attribut `#[tokio::main]`. Cela indique que cette fonction est le point d’entrée pour l’environnement d’exécution de Tokio. L’appel `hello_world().await` exécute la fonction `hello_world` de manière asynchrone.
Retarder l’exécution de tâches avec Tokio
Une pratique courante en programmation asynchrone consiste à utiliser des retards ou à planifier des tâches pour qu’elles s’exécutent dans un laps de temps spécifié. L’environnement d’exécution Tokio propose un mécanisme pour manipuler des temporisateurs et des délais asynchrones via le module `tokio::time`.
Voici un exemple d’utilisation de cette fonctionnalité pour retarder une opération avec Tokio:
use std::time::Duration;
use tokio::time::sleep;async fn delayed_operation() {
println!("Performing delayed operation...");
sleep(Duration::from_secs(2)).await;
println!("Delayed operation completed.");
}#[tokio::main]
async fn main() {
println!("Starting...");
delayed_operation().await;
println!("Finished.");
}
La fonction `delayed_operation` introduit un délai de deux secondes grâce à la méthode `sleep`. Étant asynchrone, cette fonction peut utiliser `await` pour suspendre son exécution jusqu’à ce que le délai soit écoulé.
Gestion des erreurs dans les programmes asynchrones
La gestion des erreurs dans le code Rust asynchrone se fait principalement via l’utilisation du type `Result` et de la gestion des erreurs de Rust avec l’opérateur `?`.
use tokio::fs::File;
use tokio::io;
use tokio::io::{AsyncReadExt};async fn read_file_contents() -> io::Result<String> {
let mut file = File::open("file.txt").await?;
let mut contents = String::new();
file.read_to_string(&mut contents).await?;
Ok(contents)
}async fn process_file() -> io::Result<()> {
let contents = read_file_contents().await?;
Ok(())
}#[tokio::main]
async fn main() {
match process_file().await {
Ok(()) => println!("File processed successfully."),
Err(err) => eprintln!("Error processing file: {}", err),
}
}
La fonction `read_file_contents` retourne un `io::Result`, indiquant qu’une erreur d’E/S peut survenir. En utilisant l’opérateur `?` après chaque opération asynchrone, l’environnement d’exécution de Tokio propagera les erreurs vers le haut de la pile d’appels.
La fonction `main` gère le résultat avec une instruction `match` qui affiche un message adapté au résultat de l’opération.
Reqwest : utilisation de la programmation asynchrone pour les opérations HTTP
Plusieurs « crates » populaires, parmi lesquelles Reqwest, utilisent Tokio pour proposer des opérations HTTP asynchrones.
En utilisant Tokio conjointement avec Reqwest, vous pouvez effectuer plusieurs requêtes HTTP sans bloquer d’autres tâches. Tokio peut également vous aider à gérer un grand nombre de connexions simultanées et à exploiter efficacement les ressources du système.