從電梯故障到編程新寵，Rust為何連續七年稱霸「最受推崇語言」

在StackOverflow每年發佈的開發者調查中，最流行的編程語言不是JavaScript就是SQL。

但除了流行程度，StackOverflow還設計了另一種指標：「期待和推崇程度」（Admired and Desired）。

在這個指標上，Rust幾乎是無可質疑的王者，已經連續7年高票當選「最受推崇的語言」。

根據MIT科技評論的報道，有280萬程序員使用Rust編寫代碼，微軟、亞馬遜等科技巨頭都將其視為未來的關鍵。聊天平臺Discord使用Rust來加速系統，Cloudflare使用它處理超過20%的互聯網流量。

甚至美國政府也熱衷於推廣Rust編寫的軟件，以使其流程更加安全。

然而，這個誕生於2006年的語言，最開始只是個人開發者的業余項目；18年后的今天，它已經成為最熱門的新語言之一。

電梯故障誕生的語言

許多軟件項目的誕生，都可以追溯到某個被生活折磨到焦頭爛額的程序員。Rust的故事也與此類似。

2006年，29歲的Graydon Hoare是Mozilla的一名程序員。有一天下班回家，突然發現電梯因為軟件崩潰沒法運行了。

這已經不是第一次了，但Hoare家恰好住在21樓。

他一邊爬樓梯一邊暗自惱火，「這太可笑了，我們這些搞計算機的人，甚至都沒法造出一個不崩潰的電梯！」

作為程序員，Hoare很清楚問題所在——電梯等設備內部的軟件通常都是用C或C++編寫的，好處在於運行速度快，但也很容易意外引入內存錯誤，造成程序崩潰。

微軟估計，其代碼中70%的bug都是由於這些語言的內存錯誤引起的。

或許是被憤怒的情緒激起了創造力，爬完樓梯回到家中后，Hoare打開電腦，開始設計一種新的編程語言。

他希望這種語言能夠編寫出簡潔、短小但運行速度快的代碼，而且能從根本上杜絕內存錯誤。

Rust這個名字也與此有關，根據Hoare的描述，這是一種非常頑強的真菌，「爲了生存而被過度設計」。

即使已經在Mozilla打工10年，Hoare依然很有「極客精神」，在這個業余項目上孜孜不倦地投入了好幾年的精力。但當他向同事們展示時，卻得到了褒貶不一的反應。

有些迴應比較熱情，但得到的白眼更多：「這永遠不會起作用的。」

但幸運的是，Mozilla高管們很感興趣，他們意識到，Rust可以幫助構建更好的瀏覽器引擎。在瀏覽器這種複雜軟件中，有很多機會出現危險的內存錯誤。

Rust如何站穩腳跟

如今，要設計出一種新的編程語言在技術上並不困難，很多程序員都會創建類似的小項目作為業余消遣。

但要想讓一種語言真正得到社區認可、投入廣泛使用，邁入知名編程語言的行列，與Python、JavaScript等並列，這個概率堪比小行星撞地球。

Rust到今天的發展歷程，不僅源於其本身的技術特點，更離不開Mozilla和開源社區在背后的支持。

2009年，Patrick Walton放棄了編程語言方向的博士學習加入Mozilla，他依舊記得JavaScript的發明者Brendan Eich拉他參加Mozilla的一次會議：

「你為什麼不來這個房間看看呢？我們會討論Rust的一些設計決策。」

Walton認為Rust的理念十分不錯，於是和Hoare開始共同進行開發。

這個不斷壯大的團隊后來也有資深工程師Niko Matsakis和Felix Klock等人的加入，兩人都有研究內存和編程語言的學術經歷，本科都畢業於MIT，並分別在ETH和東北大學獲得了博士學位。

Mozilla的高管意識到了Rust的價值，因此他們派了幾名資深工程師參與該項目，包括Patrick Walton(1) 、Niko Matsakis(2)和Felix Klock(3)，以及Manish Goregaokar(4)，他目前負責 Rust的開發者工具團隊

2009年，Mozilla決定正式贊助 Rust。雖然定位為開源語言，但Mozilla願意僱用全職工程師來引導它的發展方向。

Rust小組接管了公司的一間會議室，Mozilla Research的聯合創始人Dave Herman將這個房間戲稱為「書呆子洞穴」，並在門外貼了一個標誌。

Hoare估計，在接下來的10年里，Mozilla僱傭了十幾名工程師全職從事Rust的開發工作。

根據Walton的回憶，在Rust的開發歷程中，「每個人都感覺自己正在做一件非常偉大的事情」。

這種興奮也蔓延到了Mozilla大樓之外。到2010年代初，Rust吸引了來自世界各地的志願者。其中有些在科技巨頭工作，還有一個主要貢獻者是來自德國的高中生。

2010年在加拿大不列顛哥倫比亞省舉行的Mozilla會議上，Eich向與會者表示，將會有一場關於實驗性編程語言的演講，「除非你是真正的編程語言迷，否則不要參加」。但最后，整個房間座無虛席。

Steve Klabnik從2012年開始加入Rust的開發工作，並在此后的10年時間中始終負責文檔的編寫。他表示，移除垃圾收集機制（garbage collection, GC）讓Rust成為一種「更精簡、更出色的語言」。

「不會有任何人將你稱為為『菜鳥』，任何問題都不會被當成愚蠢的問題。」當時在Mozilla從事Rust工作的微軟首席工程師Nell Shamrell-Harrington這樣形容。

Shamrell-Harrington認為，這種社區氛圍的部分原因是Hoare很早就發佈的禁止騷擾的「行爲準則」，要求每個Rust的貢獻者都應該遵守。

Rust社區接受了這套準則，有長期成員表示，相比其他語言，Rust吸引了更高比例的少數羣體。

不僅僅是程序員，連Rust的編譯器都更加友好。在報錯信息中，它會對bug進行描述，並禮貌地給出修復建議。

「當我犯錯誤時，C和C++的編譯器會讓我感覺自己是個糟糕的人，但Rust編譯器更像是在指導你編寫超級安全的代碼。」

雖然Rust團隊都是由真正的大佬組成，但開發過程依舊漫長而艱辛。

從2009年Mozilla將Rust納入麾下開始，直到2015年，團隊才最終發佈了Rust的1.0「穩定」版本，它足夠可靠，可供公司真正投入商用。

六年時間中，程序員們始終渴望發佈demo，儘管編譯器總是崩潰。

根據Walton的回憶，他經常在電腦面前彎腰坐好幾個小時，Klabnik在發佈前的2周時間內趕出了約45頁的文檔。

2015年5月15日，Rust終於問世，Mozilla的投資也很快得到了回報。

2016年，公司的一個開發小組發佈了Servo，是一種用Rust構建的全新瀏覽器引擎；第二年，另一個小組用Rust重寫了Firefox渲染CSS的部分，使使瀏覽器的性能得到了顯著提升。

此外，瀏覽器中的處理MP4多媒體文件的代碼曾被認為不安全、有惡意代碼風險，也用Rust進行了重寫。

除了Mozilla，也有越來越多的公司開始使用Rust，包括三星、Facebook、Dropbox等。很快，Rust就被用於編寫重要的軟件的核心。

2020年，Dropbox推出了新版本的「同步引擎」，負責在用户計算機和Dropbox雲存儲之間同步文件。

這個系統最初用Python編寫，但隨着規模擴展到數十億個文件（以及數萬億個在線同步文件），工程師們用Rust重寫了這些功能。

他們表示，Rust使這種複雜性的處理過程變得更容易，甚至令人愉快。

Rust發展速度之迅猛令人難以置信，不僅僅是IT行業，汽車和航空航天公司也開始採用Rust構建關鍵代碼。

Dropbox的工程師Parker Timmerman預測，Rust將變得無處不在。

微軟高管甚至公開暗示了許多科技公司在私下考慮的事情：新代碼中將越來越多使用Rust，而越來越少地使用C和C++，最終可能完全棄用后者。

這種説法也許有點誇張，畢竟已經存在的C和C++代碼不會立刻消失，而且還會繼續運行數十年。

但如果Rust逐漸成為需要快速運行的裸機代碼的首選，我們的軟件環境將逐漸變得可靠，減少程序崩潰，減少不安全感。

前段時間的微軟藍屏事件就已經向我們展示了，當今的計算機程序依舊有自己的「軟肋」，而且一旦出現大規模的程序崩潰，會帶來難以估量的破壞和損失。

根除內存錯誤

Rust之所以能用如此快的速度威脅到C和C++的地位，與語言本身的安全特性有非常密切的關係。

我們可以粗略地將計算機的動態內存想象為一塊黑板，軟件運行時，會不斷地將少量數據寫入黑板，同時跟蹤數據的位置，並及時刪除無用數據。

這個過程看似簡單，但其實涉及到相當多的機制設計和工程決策，不同的編程語言會用不同的方式實現。

C或C++等比較古早的語言會給程序員更多權力，決定軟件如何以及何時使用「黑板」。

這種能力相當有用：通過自行控制和分配動態內存，程序員可以設計出運行速度很快的軟件，因此C和C++常用於編寫「裸機」代碼（bare-metal），即直接與硬件交互的代碼。

Window、Linux和MacOS等操作系統的內核都是用C編寫的，在沒有操作系統的機器上，比如收銀機或透析裝置，也都在C或C++上運行。

但這種優勢不是沒有代價的。俗話説得好，「能力越大，責任越大」。

既然C/C++程序員有如此大的權力，能控制內存分配，自然也要仔細跟蹤所有的內存寫入和擦除過程。

誤刪內容，程序會崩潰；忘記及時刪除內容，程序也會崩潰。此外，如果有密碼、財務信息等敏感內容遺留在內存中，還會造成安全隱患，給黑客以可乘之機。

隨着一段C或C++代碼逐漸膨脹，即使是最細心謹慎的程序員也可能會犯很多內存錯誤，從而開發出一個充滿bug的軟件。

無人機公司Fusion Engineering的聯合創始人Mara Bos同時兼任Rust Library團隊負責人，她表示，「在C或C++中，你總是擔心代碼會隨機爆炸。」

90年代，Java、JavaScript和Python等一系列新語言開始流行，它們採取了一種非常不同的方法進行內存自動管理——「垃圾收集器」（garbage collector, GC）。

在軟件運行的同時，GC會每隔一段時間自動清理內存，大大減輕了程序員的壓力。

但可想而知，這類語言雖然有更少的內存錯誤，但失去了這種細粒度的內存管理，程序也會運行得更慢，尤其是GC機制也會造成額外的負擔。

就此，編程語言逐漸分出了兩個陣營——如果對性能要求較高，或是在嵌入式設備上運行，就用C或C++；如果要開發web或移動應用程序，那就需要有GC機制的語言。

通過創建Rust，Hoare希望能區分這些方法之間的差異。用Rust編碼時，程序員不需要手動管理數據在內存中的位置，編譯器會自動幫你做到這一點，但同時也引入了許多嚴格的規則，規定程序內使用或複製數據的操作。

相比Python或JavaScript，這些規則更加繁瑣，因此編碼過程也更加困難，但可以保證程序的「內存安全」。

只要程序通過編譯，就無需擔心你的代碼會存在意外的內存錯誤。

更重要的是，Rust還提供「併發安全」。在現代程序中，併發執行的多個線程可能會嘗試同時修改同一塊內存，

而Rust的內存系統會自動阻止這種情況。

整個2010年代初，Mozilla工程師和世界各地的Rust志願者們逐漸打磨出了Rust的核心，也就是它管理內存的方式。

他們創建了一個「所有權」系統（ownership），規定每條數據只能由一個變量引用，並由編譯器強制執行，這大大降低了出現內存問題的機率。

Mozilla工程師Manish Goregaokar如今負責Rust的開發者工具團隊，他表示，Rust採用的許多技巧並不是什麼新想法，其中大多都是幾十年前的研究。但Rust工程師善於發現這些經過精心打磨的概念，並將其轉化為實際可用的功能。

隨着團隊逐漸改進內存管理系統，Rust對GC的依賴逐漸減少，到2013年，開發團隊就從Rust中徹底移除了GC組件。

然而，有些工程師認為Rust仍然保留了一些類似GC機制的元素，比如引用計數系統（reference counting），作為內存所有權機制的一部分。

沒有垃圾清理機制，程序就不需要定期中斷以清理內存，Rust的運行速度也隨之加快，性能接近C和C++的水準，但保證了內存安全。

Rust在逐漸推廣時展現出的高性能常常讓工程師們為之振奮。

Discord的工程師們對Go的GC機制積怨已久，即使代碼構建得非常仔細，沒有垃圾可以收集，Go也依舊會兩分鍾暫停一次執行GC。

2020年，他們用Rust重寫了系統，發現運行速度比原來提高了10 倍。

AWS的高管和工程師也越來越相信，Rust可以幫助他們編寫更安全、更快的代碼。

他們進行了相關的研究，發現相比Java，基於Rust的類似代碼的耗電量可以減少一半，這就意味着可以用相同的設備運行2×的工作負載。

Rust能從業余項目逐漸發展至今天的成就，沒有人比Hoare更感到驚訝。畢竟，大多數語言在正式面世之前，就已經半途而廢了。

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