使用rust写一个Web服务器——async-std版本

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使用rust实现一个异步运行时是async-std的单线程Web服务器。

仓库地址： 1037827920/web-server: 使用rust编写的简单web服务器 (github.com)

在之前的单线程版本的Web服务器代码上进行修改，具体代码在给的仓库地址中。

实现异步代码

首先将handle_connection修改为async实现：

rust 复制代码

async fn handle_connection(mut stream: TcpStream) {}

该修改会将函数的返回值从()变成Future<Output = ()>，因此直接运行将不再有任何效果，只用通过.await或执行器的poll。

使用async-std作为异步运行时：

async-std运行时允许使用属性#[async_std::main]将我们的fn main函数变成async fn main，这样就可以在main函数中直接调用其他async函数，否则你得用block_on方法来让main去阻塞等待异步函数的完成，但是这种简单粗暴的阻塞等待方式并不灵活

Cargo.toml：

toml 复制代码

[dependencies]
futures = "0.3"

[dependencies.async-std]
version = "1.6"
features = ["attributes"]

下面将main函数修改为异步的，并在其中调用前面修改的异步版本handle_connection：

rust 复制代码

use std::{
    io::{prelude::*, BufReader},
    net::{TcpListener, TcpStream},
    fs,
    time::Duration,
};
extern crate async_std;
use async_std::task;

#[async_std::main]
async fn main() {
    let listener = TcpListener::bind("localhost:8080").unwrap();
    for stream in listener.incoming() {
        let stream = stream.unwrap();
        // 这里还是无法并发
        handle_connection(stream).await;
    }
}

实现异步版本的handle_connection：

rust 复制代码

/// # 函数作用
/// 处理连接：读取请求，回应请求
async fn handle_connection(mut stream: TcpStream) {
    let buf_reader = BufReader::new(&mut stream);
    // 使用next而不是lines，因为我们只需要读取第一行，判断具体的request方法
    let request_line = buf_reader.lines().next().unwrap().unwrap();

    // 根据请求的不同，返回不同的响应
    let (status_line, filename) = match &request_line[..] {
        "GET / HTTP/1.1" => ("HTTP/1.1 200 OK", "hello.html"), // 请求 / 资源
        "GET /sleep HTTP/1.1" => { // 请求 /sleep 资源
            // 没有使用std::thread::sleep进行睡眠，原因是该函数是阻塞的，它会让当前线程陷入睡眠中，导致其他任务无法继续运行
            task::sleep(Duration::from_secs(5)).await;
            ("HTTP/1.1 200 OK", "hello.html")
        }
        _ => ("HTTP/1.1 404 NOT FOUND", "404.html"),
    };

    let contents = fs::read_to_string(filename).unwrap();
    let length = contents.len();
    
    let response = format!("{status_line}\r\nContent-Length: {length}\r\n\r\n{contents}");

    // write_all接收&[u8]类型作为参数，这里需要用as_bytes将字符串转换为字节数组
    stream.write_all(response.as_bytes()).unwrap();
}

可以看出，只是把函数变成async往往是不够的，还需要将它内部的代码也都变成异步兼容，阻塞线程绝对是不可行的

但是线程web服务器还是不能进行并发处理请求，原因是listener.incoming()是阻塞的迭代器。当listener在等待连接时，执行器是无法执行其他Future的，而且只有当我们处理完已有的连接后，才能接收新的连接。

并发地处理连接

上面的解决方法是将listener.incoming()从一个阻塞的迭代器变成一个非阻塞的Stream

rust 复制代码

use std::{
    fs,
    time::Duration,
};
extern crate async_std;
use async_std::{
    net::{TcpListener, TcpStream},
    io::{prelude::*, BufReader},
    task,
};
use futures::StreamExt;

#[async_std::main]
async fn main() {
    let listener = TcpListener::bind("localhost:8080").await.unwrap();
    
    listener
        .incoming()
        .for_each_concurrent(None, |tcpstream| async move {
            let tpcstream = tcpstream.unwrap();
            handle_connection(tpcstream).await;
        })
        .await;
}

异步版本的TcpListener为listener.incoming()实现了Stream trait，这样listener.incoming()不再阻塞，且使用for_each_concurrent可以并发地处理从Stream获取的元素。

现在关键在于handle_connection不能再阻塞：

rust 复制代码

/// # 函数作用
/// 处理连接：读取请求，回应请求
async fn handle_connection(mut stream: TcpStream) {
    let buf_reader = BufReader::new(&mut stream);
    // 使用next而不是lines，因为我们只需要读取第一行，判断具体的request方法
    let request_line = buf_reader.lines().next().await.unwrap().unwrap();

    // 根据请求的不同，返回不同的响应
    let (status_line, filename) = match &request_line[..] {
        "GET / HTTP/1.1" => ("HTTP/1.1 200 OK", "hello.html"), // 请求 / 资源
        "GET /sleep HTTP/1.1" => { // 请求 /sleep 资源
            // 没有使用std::thread::sleep进行睡眠，原因是该函数是阻塞的，它会让当前线程陷入睡眠中，导致其他任务无法继续运行
            task::sleep(Duration::from_secs(5)).await;
            ("HTTP/1.1 200 OK", "hello.html")
        }
        _ => ("HTTP/1.1 404 NOT FOUND", "404.html"),
    };

    let contents = fs::read_to_string(filename).unwrap();
    let length = contents.len();
    
    let response = format!("{status_line}\r\nContent-Length: {length}\r\n\r\n{contents}");

    // write_all接收&[u8]类型作为参数，这里需要用as_bytes将字符串转换为字节数组
    stream.write_all(response.as_bytes()).await.unwrap();
}

在将数据读写改造成异步后，现在该函数也彻底变成了异步版本，可以并发地处理连接

使用多线程提升性能

async并发和多线程其实并不冲突，async-std包也允许我们使用多个线程去处理，由于handle_connection实现了Send trait不会阻塞，因此使用async_std::task::spawn是非常安全的：

rust 复制代码

use async_std::task::spawn;

#[async_std::main]
async fn main() {
    let listener = TcpListener::bind("localhost:8080").await.unwarp():
    listener
    	.incoming()
    	.for_each_concurrent(None, |stream| async move {
            let stream = stream.unwrap();
            spawn(handle_connection(stream));
    })
    .await;
}

但是这里是为每个请求都单独创建了一个线程，实际上需要限制创建线程的数量，可以通过线程池来实现。具体可以看这篇无async的多线程版本的Web服务器