【云駐共創】Rust語言一般適合用來做什么？

一、 引言

隨著時代的發展，編程語言已經多到數不勝數，那么再發明一種新的編程語言有什么意義呢？發明一種新的編程語言又能解決什么問題呢？

俗話說的好，“工欲善其事，必先利其器”。在程序員的世界中，編程語言就是他們的“武器”，編程語言不僅是程序員的“武器”，而且還是他們思想的體現。在當今編程語言“百花爭艷”的時代，如果一種新語言可以一直發展下去，被程序員所接受，必然有它的優點和過人之處。

Rust語言就是一門新的編程語言。

二、 Rust語言簡介

2.1 Rust的歷史背景

Rust語言在2006年作為 Mozilla 員工 Graydon Hoare 的私人項目出現，而 Mozilla 于 2009 年開始贊助這個項目。第一個有版本號的 Rust 編譯器于2012 年 1 月發布。Rust 1.0 是第一個穩定版本，于 2015年5月15日發布。

從 2019 年下半年至今，不到一年的時間內，Rust 語言確實接二連三地掀起過一些波瀾。從微軟探索將 Rust 作為 C 和 C++ 的安全替代方案開始，Rust 吸引了越來越多的目光：內核維護者表示愿意接受用 Rust 開發 Linux 驅動；AWS 也伸出橄欖枝，宣布贊助 Rust；微軟更進一步，在今年年初開發并開源了受 Rust 啟發的新編程語言 Verona；最近，蘋果也站出來擁抱它，將 C 代碼移植到 Rust。

2.2 什么是Rust語言？

Rust語言是一門系統編程語言，專注于安全。系統編程語言是相對于應用編程語言而言，系統編程語言意味著更接近于硬件層次，并為上層的應用軟件提供支持。

系統編程語言的特點：

（1） 可以在資源非常受限的環境下執行，運行時開銷很小，非常高效；

（2） 很小的運行庫，有時候甚至是沒有

（3） 可以運行直接的內存操作。

目前較為流行的系統編程語言是C和C++,Rust與C和C++類似，相比是增加了安全性。

2.3 Rust語言的特點

（1）高性能-Rust速度非常快且內存利用率極高。由于沒有運行時和垃圾回收，它能夠勝任對性能要求特別高的服務，可以在嵌入式設備上運行，還能輕松和其他語言集成。

（2）可靠性-Rust 豐富的類型系統和所有權模型保證了內存安全和線程安全，讓您在編譯期就能夠消除各種各樣的錯誤。

（3）生產力-Rust 擁有出色的文檔、友好的編譯器和清晰的錯誤提示信息， 還集成了一流的工具 —— 包管理器和構建工具， 智能地自動補全和類型檢驗的多編輯器支持， 以及自動格式化代碼等等。

2.4 Rust語言架構

Rust語言概念層次結構梳理為上圖中的四個層次。

最低層是安全內存管理，該層主要是涉及內存管理相關的概念。內存管理是理解低級語言的基礎概念。低級語言沒有提供自動內存管理的解決方案，例如內置垃圾回收器。它要求程序員自己在程序中管理內存。正確理解內存的使用情況程序員才能構建高效安全的軟件。

倒數第二層是類型系統層，該層起到承上啟下的作用。類型系統層承載了上層的所有權系統語義和混合編程范式，賦予了Rust語言高級的抽象表達能力和安全性。同時，還保留了對底層代碼執行、數據表示和內存分配等操作的控制能力。

對于我們程序員來說，我們只需關心類型系統、語義和混合編程范式即可。編輯器會幫助我們處理內存安全。

三、 Rust學習路線

上面的思維導圖包含了詳細的學習內容和路線。學習之前必不可少的肯定是安裝開發環境。在官網中有安裝包和詳細的安裝教程，就不過多贅述。

官網地址放在這：安裝 Rust - Rust 編程語言 (rust-lang.org)。

配置好開發環境之后，我們嘗試一下所有編程語言的經典實例“Hello world！”，

fn main() { let s = “Hello world!”; println!(“{}”,s); }

對于這樣一個簡單的示例程序，我們直接使用rustc即可，執行該程序我們就可以在控制臺上看到”Hello world！”字符串。我們簡單的hello world程序就執行完成了。

我們簡單分析一下這個簡單的程序：

（1） fn(function的縮寫)是一個關鍵字，函數定義必須用這個關鍵字開頭。

（2） 函數體使用大括號包含。

（3） 默認情況下，main函數是可執行程序的入口點，它是一個無參數無返回值的函數。

（4） 局部變量申明用let關鍵字開頭。

（5） 最簡單的標準輸出是使用println！宏來完成。后面的感嘆號，它代表這是一個宏，而不是一個函數。而且需要注意的是Rust語言中的宏與C/C++的宏有很大的差別，可以說是完全不一樣的東西。

（6） 每條語句也是通過分號結尾，與C/C++的語法規則是一樣的。

雖然說Rust是一門新語言，但是與C有很對相似的地方。熟悉C/Java/JavaScript等語言的朋友，如果要是學習Rust語言的話，應該會很快入手的，因為你會經常看到你熟悉的東西。這一點對于開發者來說還是很友善的。

四、 Rust語言的優缺點

優點：前面提到了一些Rust語言的特點，可以說它的特點就是它的優點。首先必須要提的肯定是安全方面了。

（1）傳統的系通編程語言開發過程中，會出現因內存錯誤導致的bug或者是崩潰。比如空指針、野指針、內存越界、段錯誤等等。這些錯誤我們經常提起，平時開發時也會時常遇到，各路大神不斷總結經驗、開發調試工具，但并不能徹底解決這些問題。Rust語言是可以保證內存安全的系統編程語言，這是它獨特的優勢。與 C/C++ 語言相比，使用 Rust 語言來進行程序設計可以有助于從源頭預防出現諸如空指針，緩存溢出和內存-存問題。

（2）在計算機單核性能越來越接近瓶頸的今天，多核并行成了提高軟件執行效率的發展趨勢。在強大的內存安全特性的支持下，Rust很好的解決了并行條件下的數據競爭問題，保障了線程的安全。

（3）其次就是高性能運行效率極高，與其他語言相比之下，Rust的運行效率較高。

缺點：俗話說的好“人無外人”，一門編程語言也不可能是完美的，肯定會有它的不足或者是局限性。

（1）Rust編譯起來比較復雜，對新人不是很友好

（2）庫不完善，生態環境較弱

（3）為了做到編譯時捕捉大部分錯誤，給予了 programmer 很少的自由

五、 Rust語言的應用

5.1 Rust語言的應用范圍

（1）Rust編譯器可以直接生成目標可執行程序，不需要任何解釋程序，可用于傳統命令行程序。

（2）Rust 同時具有JavaScript 一般的高效開發語法和 C 語言的執行效率，支持底層平臺的開發，可以用于開發嵌入式設備。

（3）Rust 用極低的資源消耗做到安全高效，且具備很強的大規模并發處理能力，十分適合開發普通或極端的服務器程序，可以用于開發網絡服務器。

（4）Rust 可以被編譯成 WebAssembly，WebAssembly 是一種 JavaScript 的高效替代品。

5.2 Rust語言的應用示例

Rust是一門通用的高級系統編程語言，其應用領域基本可以同時覆蓋C/Cpp/Python/Java的應用領域。具體而言，Rust的應用領域目前可以覆蓋到以下領域：數據服務領域（數據庫、數據倉儲、大數據等等），云原生（機密計算、容器、分布式計算平臺等等），操作系統、工具軟件等領域。不管是在國內還是在國外，Rust語言的應用非常廣泛，發展前景非常得好。下面看幾個國內外的實例深入了解一下Rust語言的應用。

首先我們先看一下Rust在國外公司的應用和開發者的使用。

（1）Timely Dataflow(實時數據流)

Timely Dataflow是clockworks.io 公司的開源產品。在分布式系統中對流式數據進行復雜的處理，比如多次迭代或者遞增計算是非常困難的。Timely dataflow 給出了一個完全基于時間的抽象，統一了流式計算和迭代計算。當你需要對流式數據并行處理且需要迭代控制的時候，可以使用 Timely Dataflow 。Rust代碼量大概有13000行，主力開發人員4人，社區貢獻者30多人。

（2）Krustlet(開源工具)

微軟 Deis Labs發布了Krustlet，它是使用 Rust 實現的一種Kubernetes kubelet。Krustlet是在 Kubernetes上運行 WebAssembly 工作負載的工具。它就像 Kubernetes集群中的節點一樣。Krustlet 通過在事件流上偵聽調度程序根據特定的 Kubernetes 容忍度為其分配的新 Pod 來充當 Kubelet。當用戶計劃具有特定節點容忍度的 Pod 時，Kubernetes API會將該工作負載計劃到 Krustlet 節點，然后 Krustlet節點將獲取模塊并運行該模塊。Rust代碼量一共21000多行，主力開發人員7人，社區貢獻者有32人。

（3）Ripgrep(終端文本搜索)

ripgrep 是一個以行為單位的搜索工具，它根據提供的pattern 遞歸地在指定的目錄里搜索。它是由 Rust 語言寫成，與其他同類工具比較，它的主要亮點就是速度快，非常的快。ripgrep 目前已經成為 Linux 下最快的文本搜索工具。它一共有35000行Rust代碼。

除了上述的三個例子外，國外還有很多用Rust語言編寫的開發工具和很多好的開源項目。在國內Rust的發展也是相當的好，接下來我們了解一下Rust在國內的應用現狀。

（1） 飛書APP

飛書軟件我們很多開發者都很了解，甚至一直在使用。字節跳動旗下的飛書在國內應該屬于最大的Rust開發團隊了，大約有開發者30-60人。飛書在客戶端跨平臺組件中使用了Rust，據說代碼量有55萬行代碼(包括測試和生成代碼)。

（2） TiKV

TiKV是一個開源的分布式事務數據庫，專注為下一代數據庫提供可靠、高質量、實用的存儲架構。目前，TiKV已經在知乎、美團、京東云等多家企業上線應用。TiKV項目包含Rust代碼大約30萬行(包括測試代碼)。TiKV是全球性開源項目，其中參與Rust項目的主力開發大約有20人。

（3） 華為

華為在2021年加入Rust基金會，旨在為Rust在全球推廣和發展做出貢獻。目前一些開源項目和內部試點項目使用了Rust，以及為Rust生態作出了貢獻。目前華為也正在為大規模使用Rust做準備。

除了上述的示例之外還有很多公司或者是項目團隊應用了Rust語言，可謂是發展前景非常的好。

六、 推薦的Rust書籍

為了大家更好地學習和了解Rust語言，推薦一些Rust相關書籍。

第一本就是《深入淺出Rust》，本書詳細介紹了Rust語言的基礎語法，穿插講解一些高級使用技巧，一步步加深對Rust語言的認識和了解。全是總共分為五部分，第一部分就是詳細的基礎知識介紹，基礎知識是非常重要的，要想學好一門語言，基礎知識必不可少。

第二部分內存安全，這可是Rust語言的“招牌”，也是本書的核心和重點。

第三部分是高級抽象，介紹Rust的抽象表達能力。它支持多種編程范式，以及較為強大的抽象表達能力。

第四部分是線程安全，介紹了并發模型，并行編程是提高效率的重要因素。

第五部分是實用設施也是文章的結尾部分，簡單介紹Rust語言的工程實用性。

第二本書是《Rust編程之道》。與深入淺出Rust有很大的區別，本書章節內容較多，總共分為了13章。本書適合有一些編程經驗的想要學習Rust的開發者或者是想深入學習Rust的進階者，不適合沒有編程基礎的小白。本書的特點是從設計哲學出發，探索Rust語言的內在一致性；從源碼分析入手，探索Rust地道的編程風格；從工程角度著手，探索Rust對健壯性的支持；從底層原理開始，探索Rust內存安全的本質。

七、 結語

Rust是一門現代化的語言，融合了多種語言特性，而且Rust語言可以應用的領域范圍非常廣泛。在學習Rust的過程中，你會發現自己編程能力的不足，改正掉這些不足就會不斷提升自我。卓越的編程語言，可以將優秀的設計、先進的思想、成功的經驗，自然而然地融人其中，使更多的使用者開闊眼界、拓展思路，受益無窮。雖然現在的Rust有些許不足，我相信在未來它會越來越好。

本文整理自華為云社區【內容共創】活動第12期。

查看活動詳情：https://bbs.huaweicloud.com/blogs/325315

相關任務詳情：任務42.Rust語言一般適合用來做什么？

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