# 加餐｜这个专栏你可以怎么学，以及Rust是否值得学？

    你好，我是陈天。

离课程上线到现在，确实没有想到有这么多的同学想要学习 Rust，首先谢谢你的支持、鼓励和反馈。

这两天处理留言，有好多超出我预期的深度发言和问题，比如说 @pedro @有铭 @f 等等同学，不仅让我实实在在地感受到了你们的热情，也让我更加坚定了要教好这门课的决心。正好在这篇加餐中，我来详细谈谈同学们比较关心的一些问题。

首先会从控制代码缺陷的角度，聊一聊为什么说 Rust 解决了我们开发者在实践过程中遇到的很多问题，而这些问题目前大部分语言都没有很好地解决；然后我们会再讲讲为什么 Rust 未来可期，顺便比较一下 Rust 和 Golang，这是留言里问的比较多的；最后还会分享一些 Rust 的学习资料。

## 代码缺陷

从软件开发的角度来看，一个软件系统想要提供具有良好用户体验的功能，**最基本的要求就是控制缺陷**。为了控制缺陷，在软件工程中，我们定义了各种各样的流程，从代码的格式，到 linting，到 code review，再到单元测试、集成测试、手工测试。

所有这些手段就像一个个漏斗，不断筛查代码，把缺陷一层层过滤掉，让软件在交付到用户时尽善尽美。我画了一张图，将在开发过程中可能出现的缺陷分了类，从上往下看：

![图片](https://static001.geekbang.org/resource/image/b3/1e/b3888e6082a613d3da04658089dc361e.jpg?wh=1920x1503)

（课程里的图片都是用 [excalidraw](https://github.com/excalidraw/excalidraw) 绘制的）

#### 语法缺陷

首先在我们开始写代码的时候，在语法层面可能会出现小问题，比如说初学者会对某些语法点不太熟悉，资深工程师在用一些不常用的语法时也会出现语法缺陷。

对于这个缺陷，目前大部分的编程语言都会在你写代码的时候，给到详尽的提示，告诉你语法错误出现在哪里。

对 Rust 来说，它提供了 Rust Language Server / Rust Analyzer 第一时间报告语法错误，如果你用第三方 IDE 如 VSCode，会有这些工具的集成。

#### 类型安全缺陷

然后就是类型方面的缺陷，这类缺陷需要语言本身的类型系统，帮助你把缺陷找出来，所以大部分非类型安全的语言，对这类错误就束手无策了。

以Python/Elixir为例，如果你期望函数的参数使用类型A，但是实际用了类型B，这种错误只有你的代码在真正运行的时候才能被检查出来，相当于把错误发现的时机大大延后了。

所以现在很多脚本语言也倾向尽可能让开发者多写一些类型标注，但因为它不是语言原生的部分，所以也很难强制，在实际写脚本语言的代码时，你需要特别注意类型安全。

#### 内存和资源安全缺陷

几乎所有的语言中都会有内存安全问题。

对于内存自动管理的语言来说，自动管理机制可以帮你解决大部分内存问题，不会出现内存使用了没有释放、使用了已释放内存、使用了悬停指针等等情况。

我们之前也讲到了，大部分语言，如 Java / Python / Golang / Elixir 等，他们通过语言的运行时解决了内存安全问题。

但是这只是大部分被解决了，还有比如逻辑上存在的内存泄漏的问题，比如一个带 TTL 的缓存，如果没设计好，表中的内容超时后并没有被删除，就会导致内存使用一直增长。这种因为设计缺陷导致的内存泄漏，现在所有语言都没有能够解决这个问题，只能说尽可能地解决。

**资源安全缺陷也是大部分语言都会有的问题**，诸如文件/socket 这样的资源，如果分配出来但没有很好释放，就会带来资源的泄漏，支持 GC 的语言对此也无能为力，很多时候只能靠程序员手工释放。

然而资源的释放并不简单，尤其是在做异常处理或者非正常流程的时候，很容易忘记要释放已经分配的资源。

Rust 可以说基本上解决了主要的内存和资源的安全问题，通过所有权、借用检查和生命周期检查，来保证内存和资源一旦被分配，在其生命周期结束时，会被释放掉。

#### 并发安全缺陷

![](https://static001.geekbang.org/resource/image/5e/a7/5e5d6f5f07d6b89ab1c6e460da628fa7.jpg?wh=3424x2680)这个问题发生在支持多线程的语言中，比如说两个线程间访问同一个变量，如果没有做合适的临界区保护，就很容易发生并发安全问题。

Rust 通过所有权规则和类型系统，主要是两个 trait：Send/Sync 来解决这个问题。

**很多高级语言会把线程概念屏蔽掉，只允许开发者使用语言提供的运行时来保证并发安全**，比如Golang 要使用 channel 和 Goroutine 、Erlang 只能用 Erlang process，只要你在它这个框架下，并发处理就是安全的。

这样可以处理绝大多数并发场景，但遇到某些情况就容易导致效率不高，甚至阻塞其它并发任务。比如当有一个长时间运行的 CPU 密集型任务，使用单独的线程来处理要好得多。

处理并发有很多手段，但是大部分语言为了并发安全，把不少手段都屏蔽了，开发者无法接触到，但是Rust都提供给你，同时还提供了很好的并发安全保障，让你可以在合适的场景，安全地使用合适的工具。

#### 错误处理缺陷

错误处理作为代码的一个分支，会占到代码量的30%甚至更多。在实际工程中，函数频繁嵌套的时候，整个过程会变得非常复杂，一旦处理不好就会引入缺陷。常见的问题是系统出错了，但抛出的错误并没有得到处理，导致程序在后续的运行中崩溃。

很多语言并没有强制开发者一定要处理错误，Rust 使用 Result<T, E> 类型来保证错误的类型安全，还强制你必须处理这个类型返回的值，避免开发者丢弃错误。

#### 代码风格和常见错误引发的缺陷

很多语言都会提供代码格式化工具和 linter 来消灭这类缺陷。Rust 有内置的 cargo fmt 和 cargo clippy 来帮助开发者统一代码风格，来避免常见的开发错误。

再往下的三类缺陷是语言和编译器无法帮助解决的。![](https://static001.geekbang.org/resource/image/4f/24/4fddb2183740d6d563520ecbb72a7924.jpg?wh=3424x2680)

*   对于逻辑缺陷，我们需要有不错的单元测试覆盖率；
*   对于功能缺陷，需要通过足够好的集成测试，把用户主要使用的功能测试一遍；
*   对于用户体验缺陷，需要端到端的测试，甚至手工测试，才能发现。

从上述介绍中你可以看到，Rust 帮我们**把尽可能多的缺陷扼杀在摇篮中**。Rust 在编译时解决掉的很多缺陷，如资源释放安全、并发安全和错误处理方面的缺陷，在其他大多数语言中并没有完整的解决方案。

所以 Rust 这门语言，让开发者的时间和精力都尽可能的放在对逻辑、功能、用户体验缺陷的优化上。

## 引入缺陷的代价

我们再来从引入缺陷的代价这个角度来看，Rust 这样的处理方式到底有什么好处。

![图片](https://static001.geekbang.org/resource/image/b0/06/b0f7fea4cddac6d0630ffde12beaf606.jpg?wh=1920x1235)

首先，任何系统不引入缺陷是不可能的。

如果在写代码的时候就发现缺陷，纠正的时间是毫秒到秒级；如果在测试的时候检测出来，那可能是秒到分钟级。以此类推，如果缺陷在从code review 到集成到master才被发现，那时间就非常长。

如果一直到用户使用的时候才发现，那可能是以周、月，甚至以年为单位。我之前做防火墙系统时，一个新功能的 bug 往往在一年甚至两年之后，才在用户的生产环境中被暴露出来，这个时候再去解决缺陷的代价就非常大。

所以Rust在设计之初，**尽可能把大量缺陷在编译期，在秒和分钟级就替你检测出来，让你修改**，不至于把缺陷带到后续环境，最大程度的保证代码质量。

这也是为什么虽然 Rust 初学者前期需要和编译器做艰难斗争，但这是非常值得的，只要你跨过了这道坎，能够让代码编译通过，基本上你代码的安全性没有太大问题。

## 语言发展前景判断

有很多同学比较关心 Rust 的发展前景，留言问 Rust 和其他语言的对比，经常会聊现在或者未来什么语言会被Rust替代、Rust会不会一统前后端天下等等。我觉得不会。

**每种语言都有它们各自的优劣和适用场景，谈不上谁一定取代谁**。社区的形成、兴盛和衰亡是一个长久的过程，就像“世界上最好的语言 PHP”也还在顽强地生长着。

那么如何判断一门新的语言的发展前景呢？下图是我用 pandas 处理过的 [modulecounts](http://www.modulecounts.com/) 的数据，这个数据统计了主流语言的库的数量。可以看到 2019 年初 Rust crates 的起点并不高，只有两万出头，两年后就有六万多了。

![图片](https://static001.geekbang.org/resource/image/d9/7b/d9bbabdc138a3abb48f6f8b67c4e6d7b.png?wh=1670x1910)

作为一门新的语言，Rust 生态虽然绝对数量不高，但增长率一直遥遥领先，过去两年多的增长速度差不多是第二名 NPM 的两倍。很遗憾，Golang 的库没有一个比较好的统计渠道，所以这里没法比较 Golang 的数据。但和 JavaScript / Java / Python 等语言的对比足以说明 Rust 的潜力。

![图片](https://static001.geekbang.org/resource/image/b2/ac/b28e0c8802e4c5e59dc219b7aa581fac.png?wh=1392x847)

### Rust 和 Golang

很多同学关心 Rust 和 Golang 的对比，其实网上有很多详尽的分析，[这一篇](https://trio.dev/blog/golang-vs-rust)比较不错可以看看。我这里也简单说一下。

Rust 和 Golang 重叠的领域主要在服务开发领域。

**Golang 的优点是简单、上手快**，语言已经给你安排好了并发模型，直接用即可。对于日程紧迫、有很多服务要写，且不在乎极致性能的开发团队，Golang 是不错的选择。

Golang 因为设计之初要考虑如何能适应新时代的并发需求，所以使用了运行时、使用调度器调度 Goroutine ，在Golang中内存是不需要开发者手动释放的，所以运行时中还有GC来帮助开发者管理内存。

另外，**为了语法简便，在语言诞生之初便不支持泛型**，这也是目前 Golang 最被诟病的一点，因为一旦系统复杂到一定程度，你的每个类型都需要做一遍实现。

Golang 可能会在 2022 年的 1.18 版本添加对泛型的支持，但泛型对 Golang 来说是一把达摩克利斯之剑，它带来很多好处，但同时会大大破坏 Golang 的简洁和极速的编译体验，到时候可能会带给开发者这样一种困惑：既然 Golang 已经变得不简单，不那么容易上手，我为何不学 Rust 呢？

Rust 的很多设计思路和 Golang 相反。

Go 相对小巧，类型系统很简单；而 Rust 借鉴了Haskell，有完整的类型系统，支持泛型。为了性能的考虑，Rust 在处理泛型函数的时候会做[单态化（ Monomorphization ）](https://en.wikipedia.org/wiki/Monomorphization)，泛型函数里每个用到的类型会编译出一份代码，这也是为什么在编译的时候 Rust 编译速度如此缓慢。

Rust面向系统级的开发，Go 虽然想做新时代的C，但是它并不适合面向系统级开发，使用场景更多是应用程序、服务等的开发，因为它的庞大的运行时，决定了它不适合做直接和机器打交道的底层开发。

Rust的诞生目标就是取代C/C++，想要做出更好的系统层面的开发工具，**所以在语言设计之初就要求不能有运行时**。所以你看到的类似Golang运行时的库比如Tokio，都是第三方库，不在语言核心中，这样可以把是否需要引入运行时的自由度给到开发者。

Rust 社区里有句话说得好：

> Go for the code that has to ship tomorrow, Rust for the code that has to keep running for the next five years.

所以，我对 Rust 的前途持非常乐观的态度。它在系统开发层面可以取代一部分 C/C++ 的场景、在服务开发层面可以和 Java/Golang 竞争、在高性能前端应用通过编译成 WebAssembly，可以部分取代 JavaScript，同时，它又可以方便地通过 FFI 为各种流行的脚本语言提供安全的、高性能的底层库。

我觉得在整个编程语言的生态里，未来 Rust 会像水一样，无处不在且善利万物。

最后给你分享一下我在学习 Rust 的过程中觉得不错的一些资料，也顺带会说明怎么配合这门课程使用。

## 官方学习资料

Rust 社区里就有大量的学习资料供我们使用。

首先是官方的 [Rust book](https://doc.rust-lang.org/book/)，它涵盖了语言的方方面面，是入门 Rust 最权威的免费资料。不过这本书比较细碎，有些需要重点解释的内容又一笔带过，让人读完还是云里雾里的。

我记得当时学习 Deref trait 时，官方文档这段文字直接把我看懵了：

> Rust does deref coercion when it finds types and trait implementations in three cases:
> 
> *   From &T to &U when T: Deref<Target=U>
> *   From &mut T to &mut U when T: DerefMut<Target=U>
> *   From &mut T to &U when T: Deref<Target=U>

所以我觉得这本书适合学习语言的概貌，对于一时理解不了的内容，需要自己花时间另找资料，或者自己通过练习来掌握。在学习课程的过程中，如果你想巩固所学的内容，可以翻阅这本书。

另外一本官方的 [Rust 死灵书（The Rustonomicon）](https://doc.rust-lang.org/nomicon/)，讲述 Rust 的高级特性，主要是如何撰写和使用 unsafe Rust，内容不适合初学者。建议在学习完课程之后，或者起码学完进阶内容之后，再阅读这本书。

Rust 代码的文档系统 [docs.rs](https://docs.rs/) 是所有编程语言中使用起来最舒服，也是体验最一致的。无论是标准库的文档，还是第三方库的文档，都是用相同的工具生成的，非常便于阅读，你自己撰写的 crate，发布后也会放在 [docs.rs](http://docs.rs) 里。在平时学习和撰写代码的时候，用好这些文档会对你的学习效率和开发效率大有裨益。

[标准库的文档](https://doc.rust-lang.org/stable/std/) 建议你在学到某个数据类型或者概念时再去阅读，在每一讲中涉及的内容，我都会放上标准库的链接，你可以延伸阅读。

为了帮助 Rust 初学者进一步巩固 Rust 学习的效果，Rust 官方还出品了 [rustlings](https://github.com/rust-lang/rustlings)，它涵盖了大量的小练习，可以用来夯实对知识和概念的理解。有兴趣、有余力的同学可以尝试一下。

## 其他学习资料

说完了官方的资料，我们看看其它关于 Rust 的内容包括书籍、博客、视频。

首先讲几本书。第一本是汉东的《[Rust 编程之道](https://book.douban.com/subject/30418895/)》，详尽深入，是不可多得的 Rust 中文书。汉东在极客时间有一门 Rust 视频课程，如果你感兴趣，也可以订阅。英文书有 [Programming Rust](https://www.oreilly.com/library/view/programming-rust-2nd/9781492052586/)，目前出了第二版，我读过第一版，写得不错，面面俱到，适合从头读到尾，也适合查漏补缺。

除了书籍相关的资料，我还订阅了一些不错的博客和公众号，也分享给你。博客我主要会看 [This week in Rust](https://github.com/rust-lang/this-week-in-rust)，你可以订阅其邮件列表，每期扫一下感兴趣的主题再深度阅读。

公众号主要用于获取信息，可以了解社区的一些动态，有Rust 语言中文社区、Rust 碎碎念，这两个公众号有时会推 This week in Rust 里的内容，甚至会有翻译。

还有一个非常棒的内容来源是 [Rust 语言开源杂志](https://github.com/RustMagazine/rust_magazine_2021)，每月一期，囊括了大量优秀的 Rust 文章。不过这个杂志的主要受众，我感觉还是对 Rust 有一定掌握的开发者，建议你在学完了进阶篇后再读里面的文章效果更好。

在 Rust 社区里，也有很多不错的视频资源。社区里不少人推荐 [Beginner’s Series to: Rust](https://www.youtube.com/playlist?list=PLlrxD0HtieHjbTjrchBwOVks_sr8EVW1x)，这是微软推出的一系列 Rust 培训，比较新。我简单看了一下还不错，讲得有些慢，可以 1.5 倍速播放节省时间。我自己主要订阅了 [Jon Gjengset](https://www.youtube.com/channel/UC_iD0xppBwwsrM9DegC5cQQ) 的 YouTube 频道，他的视频面向中高级 Rust 用户，适合学习完本课程后再去观看。

国内视频的话，在 bilibili 上，也有大量的 Rust 培训资料，但需要自己先甄别。我做了几期“程序君的 Rust 培训”感兴趣也可以看看，可以作为课程的补充资料。

说这么多，希望你能够坚定对学习 Rust 的信心。相信我，**不管你未来是否使用 Rust，单单是学习 Rust 的过程，就能让你成为一个更好的程序员**。

欢迎你在留言区分享你的想法，我们一起讨论。

### 参考资料

1.配合课程使用：官方的 [Rust book](https://doc.rust-lang.org/book/)、微软推出的一系列 Rust 培训 [Beginner’s Series to: Rust](https://www.youtube.com/playlist?list=PLlrxD0HtieHjbTjrchBwOVks_sr8EVW1x)、英文书 [Programming Rust](https://www.oreilly.com/library/view/programming-rust-2nd/9781492052586/) 查漏补缺

2.学完课程后进阶学习：官方的 [Rust 死灵书（The Rustonomicon）](https://doc.rust-lang.org/nomicon/)、每月一期的 [Rust 语言开源杂志](https://github.com/RustMagazine/rust_magazine_2021)、 [Jon Gjengset](https://www.youtube.com/channel/UC_iD0xppBwwsrM9DegC5cQQ) 的 YouTube 频道、张汉东的《[Rust 编程之道](https://book.douban.com/subject/30418895/)》、我的B站上的“程序君的 Rust 培训”系列。

3.学有余力的练习：Rust 代码的文档系统 [docs.rs](https://docs.rs/) 、小练习 [rustlings](https://github.com/rust-lang/rustlings)

4.社区动态：博客 [This week in Rust](https://github.com/rust-lang/this-week-in-rust) 、公众号 Rust 语言中文社区、 公众号 Rust 碎碎念

5.如果你对这个专栏怎么学还有疑惑，欢迎围观几个同学的学习方法和经历，在课程目录最后的“学习锦囊”系列，听听课代表们怎么说，相互借鉴，共同进步。直达链接也贴在这里：[学习锦囊（一）](https://time.geekbang.org/column/article/482856)、[学习锦囊（二）](https://time.geekbang.org/column/article/483045)、[学习锦囊（三）](https://time.geekbang.org/column/article/483050)