用 rust 从零开发一套 web 框架：day1-六虎

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我学习 rust 也有不少时刻了，总是感觉自己这半桶水没点真功夫，写点小 demo 吧，基本都用他人封装好的现成api，面向api开发又感觉没啥难度。这样下去很难提升啊！思来想去睡不着，总想着自己应该能干点啥。
那么，就从我天天 crud 的项目开端。用 rust 从零开发一套 web 结构！自己着手造轮子！

经过我在网络上不断搜索，最终发现了极客兔兔大佬的博客，里面有好几个用 go 从零开发项目的教程。那我灵感就来了。照本宣科，用 rust 从头开发一遍。当然，由于语言不一样，最终完成的逻辑肯定也是有差别的。现在先完成 web 结构，后边有时刻再复现一遍其他项目。

初试牛刀

在正式敲代码之前，首先要介绍一下 hyper 这个底层库。这个库能够说是现在很多 rust HTTP 相关开发库的祖师爷，reqwest、warp、axum、actix-web、salvo 等等一大票网络库都是在 hyper 的基础上进行开发，毫不客气的说 hyper 已成为 Rust 网络程序生态的重要基石之一。当然，我这个项目也是站在伟人的膀子上进行二次开发。

那么，首先咱们来认识一下 hyper，下面的代码是我从官方文档进行复制而且稍微改动了一下：

use std::net::SocketAddr;
use hyper::{Body, Request, Response, Server,Method};
use hyper::service::{make_service_fn, service_fn};
use hyper::server::conn::AddrStream;
use std::convert::Infallible;
#[derive(Clone)]
struct AppContext {
    // Whatever data your application needs can go here
}
async fn handler(
    context: AppContext,
    addr: SocketAddr,
    req: Request<Body>
) -> Result<Response<Body>, Infallible> {
    match (req.uri().path(),req.method())  {
        ("/",&Method::GET)=> Ok(Response::new(Body::from("Hello World"))),
        ("/index",&Method::GET)=> Ok(Response::new(Body::from("Hello from index"))),
        _=> Ok(Response::new(Body::from("Hello empty")))
    }
}
#[tokio::main]
async fn main() {
    let context = AppContext {
        // ...
    };
    // A `MakeService` that produces a `Service` to handler each connection.
    let make_service = make_service_fn(move |conn: &AddrStream| {
        // We have to clone the context to share it with each invocation of
        // `make_service`. If your data doesn't implement `Clone` consider using
        // an `std::sync::Arc`.
        let context = context.clone();
        // You can grab the address of the incoming connection like so.
        let addr = conn.remote_addr();
        // Create a `Service` for responding to the request.
        let service = service_fn(move |req| {
            handler(context.clone(), addr, req)
        });
        // Return the service to hyper.
        async move { Ok::<_, anyhow::Error>(service) }
    });
    // Run the server like above...
    let addr = SocketAddr::from(([127, 0, 0, 1], 3000));
    let server = Server::bind(&addr).serve(make_service);
    if let Err(e) = server.await {
        eprintln!("server error: {}", e);
    }
}

从示例中能够看出，server 收到 HTTP 恳求后，调用 handler 函数进行处理，它就是咱们常说的 HTTP handler。在 hyper 中，HTTP handler 依然需要直接与 HTTP Request, Response 打交道。

在示例代码中使用了 make_service_fn, service_fn，但其实最重要的概念是 Service，它是 tower 中界说的一个 trait。

pub trait Service<Request> {
type Response;
type Error;
type Future: Future<Output = Result<Self::Response, Self::Error>>;
    fn poll_ready(&mut self, cx: &mut Context<'_>) -> Poll<Result<(), Self::Error>>;
    fn call(&mut self, req: Request) -> Self::Future;
}

经过查看 make_service_fn, service_fn这两个函数的源码便可发现：

Service 是对 request-response 形式的抽象。 request-response 形式是十分强壮的，很多问题都能够用这个形式来表达。比如前面说到 Connect trait，就可看作为 request=uri, response=connection 的 service。更进一步，其实任何函数都可视为 request/response，函数参数即 request，回来值即 response。

poll_ready() 用于勘探 service 的状况，是否正常工作，是否过载等。只要当 poll_ready() 回来 Poll::Ready(Ok(())) 时，才能够调用 call() 处理恳求。

call() 则是真正处理恳求的当地，它回来一个 future，因而相当于 async fn(Request) -> Result<Response, Error> 。

make_service_fn() 回来的类型为 MakeServiceFn, service_fn()回来的是 ServiceFn，它们都完成了 Service trait。

MakeServiceFn 的 call() 逻辑是，以新建的衔接(AddrStream)为参数并回来一个 ServiceFn。相当于说，MakeServiceFn的 request=AddrStream, response=ServiceFn。

ServiceFn 的 call()逻辑则是，以 request 为参数，回来 response。

相同，示例代码中也看到，咱们能够直接对Server 进行 await。这是由于 Server 完成了 Future。 Server 的逻辑是，不断调用 accept 接受新衔接，然后经过 MakeServiceFn为该衔接创建 ServiceFn，并经过 ServiceFn 处理这个衔接上一切的恳求。

这儿的关键信息是，MakeServiceFn 大局只要一个，ServiceFn 每个衔接创建一个。如果咱们想要跨 handler 同享信息，或许进行一些处理，就得经过 MakeServiceFn 和 ServiceFn 了。

渐至佳境

下面，就该我隆重登场了。

仔细观察实例中的handler函数，当你看到uri和method以及回来的数据。发现这不正是 web 结构处理路由和handler函数，而且回来Response的当地吗？

换句话来说，后边咱们大部分的操作都是基于这个示例而且在handler函数内进行拓宽。

咱们先界说几个结构：

//上下文参数
struct AppContext {
   pub response: Response<Body>,
}
/// 恳求处理函数
type Handler = dyn Fn(&mut AppContext) + Send + Sync + 'static;
//路由
pub struct Router {
    handlers: HashMap<String, Box<Handler>>,
}

咱们界说最原始的路由，里面用hashmap存储了路由路径和恳求的Handle函数。
Handler是一个类型别名，精确来说是完成了 Fn(&mut AppContext)特征的闭包，要存储闭包的话。就只能用 box 把它包裹一层。至于AppContext暂时用来表示函数的回来数据，后边会逐渐进行拓宽（或许对Handler进一步改造）。

为了完成Router::new().get("/index", handle_hello).get("/hello", handle_hello)这样的路由写法，咱们为Router完成一些办法：

impl Router {
    pub fn new() -> Self {
        Router { routes: HashMap::new() }
    }
    fn add_route<F>(mut self, path: &str, method: Method, handler: F) -> Self
    where
        F: Fn(&mut AppContext) + Send + Sync + 'static,
    {
        let key = format!("{}+{}", path, method);
        self.handlers.insert(key, Box::new(handler));
        self
    }
    fn get<F>(self, path: &str, handler: F) -> Self
    where
        F: Fn(&mut AppContext) + Send + Sync + 'static,
    {
        self.add_route(path, Method::GET, handler)
    }
    fn post<F>(self, path: &str, handler: F) -> Self
    where
        F: Fn(&mut AppContext) + Send + Sync + 'static,
    {
        self.add_route(path, Method::POST, handler)
    }
    fn delete<F>(self, path: &str, handler: F) -> Self
    where
        F: Fn(&mut AppContext) + Send + Sync + 'static,
    {
        self.add_route(path, Method::DELETE, handler)
    }
    fn put<F>(self, path: &str, handler: F) -> Self
    where
        F: Fn(&mut AppContext) + Send + Sync + 'static,
    {
        self.add_route(path, Method::PUT, handler)
    }
    fn patch<F>(self, path: &str, handler: F) -> Self
    where
        F: Fn(&mut AppContext) + Send + Sync + 'static,
    {
        self.add_route(path, Method::PATCH, handler)
    }
}

这儿要特别提一嘴add_route这个函数，由于真正增加路由的办法在这儿（往 hashMap 中增加内容），所以它传入的第一个参数是必须是mut self，表示可变的参数。但是其他的get/post等办法却是传入了self，有兴趣的同学能够考虑一下为什么呢？或许能不能也改为mut self、&self之类的？

接着对 handler 函数进行改造，把handler函数从hashMap提取出来，并执行：

async fn handler(addr: SocketAddr, req: Request<Body>, router: Arc<Router>) -> Result<Response<Body>, Infallible> {
    let key = format!("{}+{}", req.uri().path(), req.method().as_str());
    if let Some(handle) = router.handlers.get(&key) {
        let mut context = AppContext {
            response: Response::new(Body::empty()),
        };
        (handle)(&mut context);
        Ok(context.response)
    } else {
        Ok(Response::new(Body::from("404 not found")))
    }
}

最终回到 main 函数，在之前示例的基础上改动一下：

async fn main() {
    let handle_hello = |c: &mut AppContext| {
        c.response = Response::new(Body::from("handle_hello"));
        println!("Hello, from {:#?}", c.response);
    };
    let router: Arc<Router> = Arc::new(Router::new().get("/index", handle_hello));
      ...
    let make_service = make_service_fn(move |conn: &AddrStream| {
      ....
        let service = service_fn(move |req| handler(addr, req, router.clone()));
      ...
    });
    ....
}

服务跑起来，打开http://localhost:3000/index或许http://localhost:3000,便能够看到作用了。

筑基成功

现在功能现已完成了，咱们再对函数进行拆分和封装一下。

将 router 相关的内容提取到router.rs,把handler函数和main函数里的运转逻辑提取到server.rs文件。再把相关内容在lib.rs进行导出。

pub mod router;
pub mod server;

现在运转入口改为run函数，将监听的 ip 端口和路由传入，然后在main函数中触发即可。

pub async fn run(addr: SocketAddr, router: Router) {
     let router: Arc<Router> = Arc::new(router);
    // A `MakeService` that produces a `Service` to handler each connection.
    let make_service_fn = make_service_fn(move |conn: &AddrStream| {
        // We have to clone the context to share it with each invocation of
        // `make_service`. If your data doesn't implement `Clone` consider using
        // an `std::sync::Arc`.
        let router = router.clone();
        // You can grab the address of the incoming connection like so.
        let addr = conn.remote_addr();
        // Create a `Service` for responding to the request.
        let service = service_fn(move |req| handler(addr, req, router.clone()));
        // Return the service to hyper.
        async move { Ok::<_, Infallible>(service) }
    });
    let server = Server::bind(&addr).serve(make_service_fn);
    if let Err(e) = server.await {
        eprintln!("server error: {}", e);
    }
}

use ray::router::{AppContext, Router};
use ray::server;
use hyper::{Body, Response};
use std::net::SocketAddr;
use std::sync::Arc;
#[tokio::main]
async fn main() {
    let handle_hello = |c: &mut AppContext| {
        c.data = Response::new(Body::from("handle_hello"));
    };
    let router = Router::new().get("/index", handle_hello);
    // Run the server like above...
    let addr = SocketAddr::from(([127, 0, 0, 1], 3000));
    server::run(addr, router).await;
}

好了，咱们整个结构的原型现已出来了。完成了路由映射表，供给了用户注册静态路由的办法，同时也封装了启动服务的函数。接下来咱们持续在此基础上进行修修补补。

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