🦀 Rust 开发

Rust是Mozilla主导开发的系统编程语言，2015年发布1.0版本。核心特性：内存安全、零成本抽象、并发安全。

学习时间线

2021年7月 - 2022年3月（9个月）

阶段一：所有权系统（2021-07）

环境搭建、工具链
所有权、借用、生命周期
引用规则、切片

阶段二：基础语法（2021-08）

数据类型、变量、函数
控制流、模式匹配
结构体、枚举
Vector、String、HashMap

阶段三：类型系统（2021-10）

错误处理（Result、Option、?运算符）
泛型、Trait
生命周期注解
关联类型、运算符重载

阶段四：并发编程（2021-12）

智能指针（Box、Rc、Arc、RefCell、Mutex）
线程、消息传递
共享状态、Send/Sync trait
无畏并发原理

阶段五：异步编程（2022-02）

async/await、Future
Tokio运行时
异步I/O、Stream
异步通道、同步原语

学习文档

01-环境搭建与所有权.md - Rust环境、所有权系统、借用规则
02-基础语法.md - 数据类型、控制流、结构体、枚举、集合
03-错误处理与Trait.md - Result/Option、泛型、Trait、生命周期
04-并发与智能指针.md - 智能指针、线程、Channel、Mutex、Arc
05-异步编程.md - async/await、Tokio、异步I/O、HTTP服务器

Rust核心特性

内存安全

所有权系统：每个值有唯一所有者
借用检查：编译期保证引用有效性
无GC：零运行时开销
消除悬空指针：编译器阻止
消除数据竞争：类型系统保证

零成本抽象

泛型单态化：编译期展开
Trait对象：动态分发可选
迭代器：编译为循环
闭包：零开销捕获
性能接近C：无运行时

并发安全

Send trait：可跨线程转移
Sync trait：可跨线程共享
编译期检查：消除数据竞争
类型系统保证：无需运行时检查
消息传递/共享状态：两种并发模式

工具链

Cargo：构建工具、包管理
rustfmt：代码格式化
clippy：Lint工具
rust-analyzer：LSP服务器
rustup：工具链管理

应用场景

系统编程

操作系统内核（Redox OS）
嵌入式开发
驱动程序
文件系统

命令行工具

ripgrep（文本搜索）
fd（文件查找）
bat（cat替代）
exa（ls替代）
delta（diff工具）

Web后端

Actix Web（高性能）
Axum（现代框架、Tower生态、异步支持）
Rocket（类型安全）
Warp（函数式风格）

WebAssembly

Yew（前端框架）
trunk（构建工具）
wasm-bindgen（JS互操作）

区块链

Polkadot、Solana、NEAR
Substrate框架

游戏开发

Bevy游戏引擎
Amethyst引擎

技术栈

Web开发

框架：Axum、Actix Web、Rocket
ORM：Diesel、SeaORM、sqlx
序列化：serde、serde_json
HTTP客户端：reqwest、hyper
模板：askama、tera

异步生态

运行时：Tokio、async-std
工具：tokio-util、futures
HTTP：hyper、reqwest
WebSocket：tokio-tungstenite

数据处理

JSON：serde_json
YAML：serde_yaml
TOML：toml
CSV：csv
正则：regex

测试

单元测试：内置#[test]
属性测试：proptest、quickcheck
模拟：mockall
基准测试：criterion

学习资源

官方文档

The Rust Programming Language（官方书）
Rust by Example
Rustonomicon（高级内容）
Async Book（异步编程）

在线资源

docs.rs（库文档）
crates.io（包仓库）
Rust Playground（在线运行）
cheats.rs（速查表）

常用Crate

基础工具

[dependencies]
serde = { version = "1.0", features = ["derive"] }
serde_json = "1.0"
tokio = { version = "1", features = ["full"] }
anyhow = "1.0"
thiserror = "1.0"

Web服务器

[dependencies]
axum = "0.7"
tokio = { version = "1", features = ["full"] }
tower = "0.4"

数据库

[dependencies]
sqlx = { version = "0.7", features = ["runtime-tokio", "postgres"] }
diesel = { version = "2.1", features = ["postgres"] }

最佳实践

代码组织

src/
├── main.rs          # 二进制入口
├── lib.rs           # 库入口
├── bin/             # 多个二进制
├── models/          # 数据模型
├── handlers/        # 处理器
└── utils/           # 工具函数

错误处理

// 库：返回具体错误类型
pub enum MyError {
    Io(std::io::Error),
    Parse(ParseError),
}

// 应用：使用anyhow
fn main() -> anyhow::Result<()> {
    // ...
}

所有权规则

默认不可变
优先借用，避免克隆
可变引用独占
生命周期尽量简单
返回所有权优于可变引用

并发原则

Send/Sync由编译器保证
优先消息传递
共享状态用Arc<Mutex>
读多写少用Arc<RwLock>
原子操作用Atomic*

异步建议

避免阻塞运行时
CPU密集用spawn_blocking
I/O密集用async
使用超时机制
正确处理取消

编译优化

Cargo.toml配置

[profile.release]
opt-level = 3          # 最高优化
lto = true             # 链接时优化
codegen-units = 1      # 单一代码生成单元
strip = true           # 去除符号
panic = 'abort'        # 减小二进制

[profile.dev]
opt-level = 1          # 开发时适度优化

[profile.dev.package."*"]
opt-level = 3          # 依赖完全优化

性能分析

# CPU profile
cargo build --release
perf record ./target/release/app
perf report

# 内存分析
valgrind --tool=massif ./target/release/app

# Benchmark
cargo bench

交叉编译

# 安装目标
rustup target add x86_64-pc-windows-gnu

# 编译
cargo build --target x86_64-pc-windows-gnu

# 支持的目标
rustup target list

常见陷阱

1. 所有权移动

// ❌ 错误
let s1 = String::from("hello");
let s2 = s1;
println!("{}", s1);  // 错误：s1已移动

// ✓ 正确
let s1 = String::from("hello");
let s2 = s1.clone();
println!("{}", s1);

2. 借用冲突

// ❌ 错误
let mut v = vec![1, 2, 3];
let r = &v[0];
v.push(4);  // 错误：已有不可变借用
println!("{}", r);

// ✓ 正确
let mut v = vec![1, 2, 3];
{
    let r = &v[0];
    println!("{}", r);
}
v.push(4);

3. 生命周期

// ❌ 错误
fn dangle() -> &String {
    let s = String::from("hello");
    &s  // 错误：返回局部变量引用
}

// ✓ 正确
fn no_dangle() -> String {
    String::from("hello")
}

项目实践

CLI工具

使用clap解析参数
anyhow处理错误
env_logger日志

Web服务

Axum框架
Tokio运行时
sqlx数据库
tower中间件

性能优化

减少克隆
使用&str而非String
预分配容量
避免不必要的分配
使用迭代器

学习心得

所有权核心：内存安全和并发安全的基础
编译器严格：编译通过基本无运行时错误
类型系统完备：泛型、Trait、生命周期
零成本抽象：高级特性无性能损失
异步高效：Tokio生态完善
工具链优秀：Cargo、rustfmt、clippy
性能接近C：适合系统编程
社区活跃：crates.io包丰富
文档完善：docs.rs质量高
安全第一：编译期消除大部分bug

核心： Rust通过所有权系统和类型系统在编译期保证内存安全和并发安全，实现零成本抽象和高性能。

🦀 Rust 开发

学习时间线

阶段一：所有权系统（2021-07）

阶段二：基础语法（2021-08）

阶段三：类型系统（2021-10）

阶段四：并发编程（2021-12）

阶段五：异步编程（2022-02）

学习文档

Rust核心特性

内存安全

零成本抽象

并发安全

工具链

应用场景

系统编程

命令行工具

Web后端

WebAssembly

区块链

游戏开发

技术栈

Web开发

异步生态

数据处理

测试

学习资源

官方文档

在线资源

推荐书籍

常用Crate

基础工具

Web服务器

数据库

最佳实践

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错误处理

所有权规则

并发原则

异步建议

编译优化

Cargo.toml配置

性能分析

交叉编译

常见陷阱

1. 所有权移动

2. 借用冲突

3. 生命周期

项目实践

CLI工具

Web服务

性能优化

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