如何在其他线程构造!Send对象？析编译报错原因及解决方法

我有如下代码：

trait Foo {
  fn do_it(&self) -> ();
}

struct FooImpl {
  make_this_not_send: *const (),
}

impl Foo for FooImpl { ... }

fn spawn(new: impl FnOnce() -> Box<dyn Foo> + Send + 'static) {
  tokio::spawn(async move {
    let foo = new();
    
    loop {
      foo.do_it();

      // ...
    }
  });
}

这段代码无法编译，因为Foo并非Send。我并不理解为何需要它是Send——我只想在某个线程中创建foo并让它留在那里，本以为上述new()方式能实现，但它仍要求Foo是Send。

疑问 #

1. 为何需要Foo是Send？
2. 解决该问题的惯用方法是什么？

为什么需要Send？ #

Tokio的spawn函数要求传入的异步任务必须实现Send，因为Tokio运行时会在多个线程间调度任务。尽管你是在任务内部创建foo，但foo作为异步任务环境的一部分，整个任务要满足Send约束，就要求Box<dyn Foo>必须是Send。

Box<dyn Foo>要成为Send，需要两个前提：

• 实现Foo的具体类型（这里是FooImpl）本身是Send
• trait对象被明确标注为Send（即dyn Foo + Send）

你的FooImpl包含裸指针*const ()，裸指针默认是Send的，但dyn Foo没有Send约束，编译器无法确保所有Foo的实现都满足Send，因此Box<dyn Foo>不被视为Send，最终导致整个异步任务不满足Send，无法通过tokio::spawn的检查。

惯用解决方法 #

方法1：给trait对象添加Send约束 #

修改spawn函数的参数类型，明确要求返回的trait对象必须实现Send：

fn spawn(new: impl FnOnce() -> Box<dyn Foo + Send> + Send + 'static) {
  tokio::spawn(async move {
    let foo = new();
    
    loop {
      foo.do_it();
      // ...
    }
  });
}

这样编译器能确认返回的trait对象同时满足Foo和Send，而FooImpl本身是Send，因此可以通过编译。

方法2：将trait本身标记为Send #

如果Foo的所有实现都应该是Send，可以直接在trait定义中添加Send约束：

trait Foo: Send {
  fn do_it(&self) -> ();
}

此时dyn Foo自动等价于dyn Foo + Send，无需在返回类型中额外标注，代码更简洁。

方法3：使用LocalSet运行非Send任务 #

如果你的任务完全不需要跨线程调度，可以用Tokio的LocalSet来执行非Send的异步任务：

use tokio::runtime::Runtime;

fn spawn(new: impl FnOnce() -> Box<dyn Foo> + 'static) {
  let rt = Runtime::new().unwrap();
  rt.block_on(async {
    tokio::task::LocalSet::new().run_until(async move {
      let foo = new();
      
      loop {
        foo.do_it();
        // ...
      }
    }).await;
  });
}

注意LocalSet中的任务只能在当前线程执行，无法被Tokio调度到其他线程，适合确实不需要跨线程的场景。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者milck