面试题：Rust中结合async/await的loop break表达式跳出循环策略设计

Question

在一个异步Rust程序中，有一个`loop`循环，该循环内部执行异步任务（通过`async/await`实现）。要求设计一种跳出循环的策略，当接收到外部信号（例如通过通道`channel`传递的消息）时，安全且高效地跳出循环，同时要处理好异步任务的资源清理工作，防止内存泄漏和未完成的任务残留。请详细阐述设计思路并编写相应代码示例。

Answer 1

设计思路

1. 通道创建：使用std::sync::mpsc::channel创建一个通道用于接收外部信号。这样主线程或其他线程可以通过通道发送信号给loop循环所在的异步任务。
2. 在loop中监听通道：在loop内部使用select!宏（来自futures库），select!宏可以同时等待多个Future，这里我们等待通道接收消息的Future以及异步任务的Future。当通道接收到消息时，select!会选择对应的分支执行，从而跳出loop。
3. 资源清理：对于异步任务中的资源，确保在drop实现中正确清理资源。如果资源需要异步清理，可以使用async_drop等相关技术。

代码示例

use std::sync::mpsc::{channel, Receiver};
use futures::select;
use std::thread;
use std::time::Duration;

async fn async_task() {
    // 模拟异步任务
    println!("Async task started");
    std::thread::sleep(Duration::from_secs(1));
    println!("Async task finished");
}

fn main() {
    let (tx, rx): (_, Receiver<bool>) = channel();

    let handle = std::thread::spawn(move || {
        tokio::runtime::Runtime::new().unwrap().block_on(async move {
            loop {
                select! {
                    _ = async_task() => {
                        // 异步任务完成，继续循环
                    },
                    _ = rx.recv().fuse() => {
                        // 接收到信号，跳出循环
                        println!("Received signal, exiting loop");
                        break;
                    }
                }
            }
        });
    });

    // 模拟外部信号发送
    thread::sleep(Duration::from_secs(3));
    tx.send(true).unwrap();

    handle.join().unwrap();
}

在上述代码中：

1. async_task函数模拟了一个异步任务。
2. main函数中创建了一个通道(tx, rx)，并在新线程中启动了一个异步任务。该异步任务在loop中使用select!宏等待async_task完成或者从通道rx接收到信号。
3. 主线程通过tx.send(true)模拟发送外部信号，接收到信号后，loop会安全跳出，并且异步任务执行完成后资源得到正常清理。