Pin和Unpin的基本概念

Pin的作用

Pin<P>是一个包装器，用于固定(pin)内存中的值，防止它被移动。这对于自引用结构体和异步编程中的Future特别重要。

Unpin的特质

Unpin是一个自动派生的标记trait，表示类型可以安全地移出Pin。大多数类型都自动实现了Unpin。实现了Unpin的类型可以安全地从Pin中移出。

async/await为何需要Pin

• async块可能包含自引用，async转变为Future结构体,它是一个状态机
• 当.await暂停执行时，局部变量会保存在生成的Future中
• 如果这些变量相互引用，移动Future会导致悬垂指针

生命周期管理层次

1. 变量级别

• 局部变量被移动到Future状态机中
• 生命周期与Future实例绑定

2. Future级别

• 由执行器拥有和管理
• 执行器决定何时poll，何时drop

3. 执行器级别

• 管理所有Future的生命周期
• 负责调度和管理

4. 栈帧与状态机

• 同步：变量生命周期由栈帧管理
• 异步：变量生命周期由状态机管理

任务队列与Future

一次性移动

• Future被移动到执行器后，由Pin保证不会再次移动
• 执行器内部使用指针来引用Future

任务队列的实现

// 伪代码：任务队列中的 Future
struct Task {
    future: Pin<Box<dyn Future<Output = ()> + Send>>,
    // ...
}

// 任务队列存储的是 Box<Task>，而不是直接存储 Future
let task_queue: Vec<Box<Task>> = ...;

工作窃取调度

• 当任务在线程间转移时，转移的是Box<Task>
• Box的移动不会影响内部Future的内存地址
• Pin 保证的是 Box 内部的 Future 不会被移出