Lesson 5 — Asynchronous Programming with Tokio

🎯 Learning Objectives

• Hiểu khái niệm async/await trong Rust và khi nào nên dùng.
• Biết cách dùng Tokio runtime để chạy tác vụ bất đồng bộ.

✅ Explanation & Key Concepts

💻 Example Implementation

Cargo.toml

[package]
name = "lesson05_tokio_async"
version = "0.1.0"
edition = "2024"

[dependencies]
tokio = { version = "1", features = ["full"] }

src/main.rs

// cargo-deps: tokio="1"
use tokio::time::{sleep, Duration};

#[tokio::main]
async fn main() {
    let task1 = tokio::spawn(async {
        for i in 1..=3 {
            println!("Task 1 (Hi, dp) — step {}", i);
            sleep(Duration::from_millis(400)).await;
        }
    });

    let task2 = tokio::spawn(async {
        for i in 1..=3 {
            println!("Task 2 — step {}", i);
            sleep(Duration::from_millis(600)).await;
        }
    });

    // Await both tasks
    let _ = tokio::join!(task1, task2);

    println!("All async tasks done.");
}

📖 Tokio Cookbook — Các Pattern Thường Dùng

1. Chạy nhiều task song song với join!

// cargo-deps: tokio="1"
use tokio::time::{sleep, Duration};

#[tokio::main]
async fn main() {
    let f1 = async {
        sleep(Duration::from_secs(1)).await;
        "done f1"
    };
    let f2 = async {
        sleep(Duration::from_secs(2)).await;
        "done f2"
    };

    let (r1, r2) = tokio::join!(f1, f2);
    println!("{r1}, {r2}");
}

2. Spawn Blocking cho CPU-bound code

// cargo-deps: tokio="1"
#[tokio::main]
async fn main() {
    let heavy = tokio::task::spawn_blocking(|| {
        let mut sum = 0;
        for i in 0..8_000 {
            sum += i;
        }
        sum
    });

    println!("Result = {}", heavy.await.unwrap());
}

3. Channels để giao tiếp giữa tasks

// cargo-deps: tokio="1"
use tokio::sync::mpsc;

#[tokio::main]
async fn main() {
    let (tx, mut rx) = mpsc::channel(32);

    tokio::spawn(async move {
        for i in 1..=5 {
            tx.send(format!("msg {i}")).await.unwrap();
        }
    });

    while let Some(msg) = rx.recv().await {
        println!("Got: {msg}");
    }
}

4. Semaphore để giới hạn song song

// cargo-deps: tokio="1"
use tokio::sync::Semaphore;
use std::sync::Arc;

#[tokio::main]
async fn main() {
    let semaphore = Arc::new(Semaphore::new(2));

    for i in 1..=5 {
        let permit = semaphore.clone().acquire_owned().await.unwrap();
        tokio::spawn(async move {
            println!("Task {i} started");
            tokio::time::sleep(std::time::Duration::from_millis(8)).await;
            println!("Task {i} done");
            drop(permit);
        });
    }

    tokio::time::sleep(std::time::Duration::from_millis(8)).await;
}

5. Timeout cho Future

// cargo-deps: tokio="1"
use tokio::time::{timeout, Duration};

#[tokio::main]
async fn main() {
    let res = timeout(Duration::from_secs(1), async {
        tokio::time::sleep(Duration::from_secs(2)).await;
        "done"
    }).await;

    match res {
        Ok(v) => println!("Finished: {v}"),
        Err(_) => println!("Timeout!"),
    }
}

6. Interval — Task lặp lại định kỳ

// cargo-deps: tokio="1"
use tokio::time;

#[tokio::main]
async fn main() {
    let mut interval = time::interval(time::Duration::from_secs(2));
    for _ in 0..3 {
        interval.tick().await;
        println!("Tick at {:?}", time::Instant::now());
    }
}

📊 Comparison: Tokio Concurrency Primitives

• tokio::spawn ➜ Tạo task mới trên runtime (thread pool). Trả về JoinHandle<T>. Chạy song song với task hiện tại.
• join! / try_join! ➜ Không tạo task mới. Poll nhiều futures trong chính task hiện tại cho đến khi tất cả xong (hoặc error với try_join!).
• select! ➜ Không tạo task mới. Chờ một trong số các futures hoàn tất rồi tiếp tục nhánh đó; các futures còn lại bị hủy (drop) trừ khi được giữ lại.
• spawn_blocking ➜ Đưa code blocking sang thread pool riêng để không chặn runtime.

🛠️ Hands-on Exercises

1. Basic: Viết async fn say_after(msg: &str, delay_ms: u64) in ra message sau delay_ms ms. Gọi 2 hàm và .await chúng.
2. Intermediate: Dùng tokio::join! để chạy 3 tác vụ song song (mỗi tác vụ in 5 dòng với sleep khác nhau).
3. Challenge: Viết mini HTTP fetcher dùng reqwest + Tokio để tải nội dung 3 URL cùng lúc và in độ dài nội dung.

🐞 Common Pitfalls & Debugging Tips

❓ Q&A — Common Questions

Q1. Async khác gì với multi-threading truyền thống?

• Async là cooperative concurrency: các tác vụ nhường quyền khi .await, giúp tận dụng tốt I/O chờ. Multi-threading là preemptive: OS scheduler xen kẽ CPU time giữa nhiều thread, phù hợp CPU-bound.

Q2. async fn thực sự trả về gì?

• Nó trả về một type ẩn danh impl Future<Output = T>. Future chỉ chạy khi được poll bởi runtime; .await đăng ký tiếp tục khi sẵn sàng.

Q3. Khi nào nên dùng tokio::spawn thay vì .await?

• Dùng spawn khi muốn một công việc chạy độc lập (không chặn luồng logic hiện tại) hoặc fan-out nhiều việc song song thật sự; còn .await trực tiếp thì chờ xong mới đi tiếp trong cùng task.

🔄 Migration Notes (Rust 2024+)

📚 References

• Tokio — Getting Started
• Rust Async Book
• std::future::Future

📖 Glossary of Terms

🌿 Wisdom Note

Async programming cũng vậy: nhìn có vẻ phức tạp, nhưng dùng đúng sẽ mở rộng vô hạn khả năng xử lý đồng thời.