面试题：Rust 中同步函数调用与异步函数调用的区别及实现差异

Question

请阐述 Rust 中同步函数调用和异步函数调用在机制上的主要区别。以同步函数调用实现原理为基础，说明为何异步函数调用不能简单复用相同原理，并举例说明。

Answer 1

同步函数调用原理

1. 调用栈执行：同步函数调用在调用栈上顺序执行。当一个函数被调用时，它的相关信息（如参数、局部变量等）被压入调用栈，函数执行完毕后从栈中弹出。例如：

fn add(a: i32, b: i32) -> i32 {
    a + b
}

fn main() {
    let result = add(2, 3);
    println!("The result is: {}", result);
}

在这个例子中，main函数调用add函数，add函数执行完毕返回结果后，main函数继续执行后续代码。 2. 阻塞执行：在函数执行期间，调用线程会被阻塞，直到函数返回。这意味着在add函数执行时，main函数中add调用之后的代码不会执行，直到add返回结果。

异步函数调用与同步函数调用的区别

1. 非阻塞执行：异步函数调用不会阻塞调用线程。异步函数在执行时，遇到await关键字会暂停执行，将控制权交回给调用者（通常是一个事件循环），允许其他任务继续执行。例如：

use std::future::Future;
use std::pin::Pin;
use std::task::{Context, Poll};

struct MyFuture {
    state: i32,
}

impl Future for MyFuture {
    type Output = i32;

    fn poll(self: Pin<&mut Self>, cx: &mut Context<'_>) -> Poll<Self::Output> {
        if self.state < 10 {
            self.state += 1;
            Poll::Pending
        } else {
            Poll::Ready(self.state)
        }
    }
}

async fn async_function() -> i32 {
    let future = MyFuture { state: 0 };
    future.await
}

在这个异步函数async_function中，await会暂停函数执行，直到MyFuture完成。 2. 状态机实现：异步函数会被编译器转换为状态机。每次await都会记录当前状态，以便后续从暂停的地方继续执行。而异步函数返回的Future实际上是这个状态机的包装。

为何异步函数调用不能简单复用同步函数调用原理

1. 阻塞问题：如果异步函数复用同步函数的调用栈执行方式，就会导致在await时阻塞线程，无法实现异步的并发效果。例如，在一个处理多个网络请求的异步程序中，如果使用同步调用原理，一个请求的等待（如等待网络响应）会阻塞整个线程，其他请求也无法处理。
2. 执行流程管理：同步函数调用栈是顺序执行且一次性的，而异步函数需要多次暂停和恢复执行，同步调用原理无法满足这种灵活的执行流程管理需求。

通过上述分析可知，同步函数和异步函数在机制上有着本质区别，异步函数不能简单复用同步函数的调用原理。