技术专栏丨Rust 语言简介及其在 Fabarta 技术栈中的应用

导读：Rust 是一门注重性能和安全的系统编程语言，通过其独特的所有权系统、借用系统和类型系统，成功地解决了传统系统编程中的许多难题。其开发者友好的语法、丰富的标准库和强大的社区支持，使得 Rust 成为当今编程领域中备受关注的语言之一。

01 引言

Rust 已经不算是一门年轻的语言了，其诞生时间跟 Go 语言差不多。2006 年 Rust 作为 Graydon Hoare 的个人项目出现，2007 年 Google 开始设计 Go。但很明显，Go 的发展要好得多。Rust 在 2015 年才发布了 1.0 版本，而 Go 在 2016 年已经成为了 TIOBE 的年度语言。相较而言 Rust 的发展和前景似乎不怎么好，但其实这与 Rust 语言的定位有非常大的关系。Rust 最初是作为一种在系统编程领域里替代 C/C++ 而出现的语言，其发展自然要缓慢许多。因为在系统编程领域，每走一步都要求非常扎实。

我对 Rust 印象比较深刻的有两件事情：首先是看到一篇文章称其学习曲线非常陡峭，当时就比较好奇一门语言可以难到什么程度。其次则是因为 Linus Torvalds 决定在 Linux Kernel 里添加对 Rust 的支持。Linus 以严苛出名，能受到 Linus 的青睐绝对不是一件容易的事情，这说明 Rust 这门语言必然有独到之处。

最近几年，微软、AWS 等大型商业公司逐渐开始使用 Rust 来编写或重写重要系统。开源界很多重视安全因素的组件，如 sudo/su 也在使用 Rust 进行重写。Rust 除了在系统编程领域变得流行起来，也是 WASM 领域里的推荐语言。这一方面说明 Rust 语言已经逐步成熟，另一方面也说明了 Rust 有非常强的表现能力，在各个领域都能胜任。所以 Fabarta 在开发多模态智能引擎 ArcNerual 时，经过多方面的权衡后选择了 Rust 语言。

在过去的一年多的时间里，团队从 0 到 1 开始学习并应用 Rust，在开发效率、安全性、并发、异步编程等领域都有深入的实践，我们成功发布了 ArcNerual 多模态智能引擎（ArcNerual 详情可以参见附录 1、附录 2）。回过头来看，这是一个非常成功的决定。团队成员之前大多具备 C/C++ 的背景，在上手速度上会有一些优势，后期也有一些 Java/前端背景的同学介入，在其他团队成员的帮助下，上手时间均不超过三个月，实践下来并不像网上一些文章写的那样有非常陡峭的学习曲线。

本文旨在简要叙述 Rust 语言的特性、优势以及实际生产项目中需要的一些注意事项，以便帮助您评估目前团队背景、适合领域、上手成本、熟悉周期、收益等各个方面的内容，最终可以合理决策是否要在新的项目中引入 Rust 语言。

02 Rust 语言概述

Rust 的发展经历了多个阶段，从最初的实验性质到逐渐成熟为一门系统级编程语言。Rust 最初只是 Graydon Hoare 的个人项目，他那时是 Mozilla 的雇员。所以后来 Mozilla 公司开始支持这个项目，并于 2010 年 5 月首次公开发布。在其早期阶段，Rust 主要是作为 Mozilla 的研究项目，致力于解决在编写浏览器引擎（如 Firefox 的 Gecko 引擎）时所面临的内存安全和并发性等挑战。

后来，其独特的所有权系统和内存安全性引起了业界的广泛关注。2010 年之后，Rust 的开发逐渐成为一个开源社区驱动的过程，而不再仅仅是 Mozilla 的内部项目。随着社区的不断壮大和创始人的离去，Rust 逐渐超越了单一公司的项目，成为一个开放、多元的编程语言社区，并不受个别核心人物所控制。

Rust 是一种系统级编程语言，其设计目标可以主要概括为以下三个方面：

• 安全性（Safety）： Rust 的最重要设计目标之一即是提供高水平的内存安全性与并发安全性。 通过所有权系统、借用检查器和生命周期机制，Rust 在编译时能够防止许多常见的内存错误，如空指针引用和缓冲区溢出。这使得开发者能够编写更加健壮、可靠的代码，减少了许多传统系统级编程语言中容易出现的安全漏洞，当然从某些方面来说，安全性保证引入是 Rust 难以学习的主要原因，但只要熟悉并运用得当，这会是一个极大的优势，实际上 C++ 也开始讨论引入内存安全机制。

• 高生产力（Productive）： “能编译就能工作”。 C/C++ 的程序员会清楚的知道编译通过只是很小的一步，后续还有非常经典的类似“Segmentation fault”错误等着去排查与解决，但 Rust 在这方面给了开发者非常强的信心，叠加零成本抽象原则，开发者可以放心的将内存、并发等问题交给 Rust ，从而极大的提升开发效率。

• 实用性（Practicality）： Rust 的设计旨在成为一门实用的系统级编程语言，“you can do anything with Rust”。 Rust 不仅具有对底层硬件的直接控制能力，同时允许开发者使用高级抽象来表达复杂概念。它在性能和开发者友好性之间找到平衡，使得开发者能够编写高性能的代码，同时又不牺牲开发者的便利性。

受益于 LLVM（Low Level Virtual Machine） 这样的编译器基础设施，Rust 在这些设计目标的指导下实现了现代语言的所有特征：

• 静态类型系统：在编译时检查类型，这有助于提前捕获错误，提高代码的稳定性和可维护性。Rust 有一套强大的类型系统来帮助我们正确地编写代码。

• 自动内存管理：减轻开发者手动管理内存的负担。现代语言一般通过垃圾回收（garbage collection）机制来实现，Rust 使用了独特的所有权与借用检查系统，在性能上更有优势。

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