手把手多執行緒與 TCP 連線教學

從入門到放棄

 

球魚

製作 TCP 連線的 Server

use std::net::TcpListener;

fn main() {
    let listener = TcpListener::bind("127.0.0.1:9487").unwrap();

    for stream in listener.incoming() {
        let stream = stream.unwrap();

        println!("Connection established!");
    }
}
  • 上面是一個簡易的 TCP 連線
  • bind 會回傳 Result<T, E>
  • incoming() 會回傳裏面為 TcpStream 型態的 list
  • 寫完後，可以 cargo run，然後打開瀏覽器，輸入 localhost:9487，再看 terminal，就會發現上面有 Connection established ! 的字樣，可喜可賀
Method Request-URI HTTP-Version CRLF
headers CRLF
message-body

一個 HTTP 的請求

長什麼樣子？

長這樣↓

POST / HTTP/1.1
User-Agent: XXX

{ form: { name: "owo" } }

舉例來說↓

HTTP-Version Status-Code Reason-Phrase CRLF
headers CRLF
message-body

一個 HTTP 的回應

長什麼樣子？

長這樣↓

HTTP/1.1 200 OK
cache-control: no-cache

<h1>Hello rust</h1>

舉例來說↓

所以接下來要把文字照上面的格式

傳過來傳過去

fn handle_connection(mut stream: TcpStream) {
    let mut buffer = [0; 512];
    stream.read(&mut buffer).unwrap();

    let get = b"GET / HTTP/1.1\r\n";

    let (status_line, filename) = if buffer.starts_with(get) {
        ("HTTP/1.1 200 OK\r\n\r\n", "hello.html")
    } else {
        ("HTTP/1.1 404 NOT FOUND\r\n\r\n", "404.html")
    };

     let contents = fs::read_to_string(filename).unwrap();
     let response = format!("{}{}", status_line, contents);

     stream.write(response.as_bytes()).unwrap();
     stream.flush().unwrap();
}
  • 這是一個處理連線的 function
  • flush 這個 function 會等待並且避免 stream 還沒寫完文字前，就將程式碼結束掉
use std::io::prelude::*;
use std::net::TcpStream;
use std::net::TcpListener;

fn main() {
    let listener = TcpListener::bind("127.0.0.1:9487").unwrap();

    for stream in listener.incoming() {
        let stream = stream.unwrap();

        handle_connection(stream);
    }
}
  • 把 handle_connection 放在連線的 for loop 裡
  • 等愣，你的 server 就完成了(・ω・)ノ
  • 雖然裏面埋藏各種 Panic 的可能性

手刻可以深入了解原理

還會有種成就感

但程式碼有點髒髒

維護也不一定容易

有框架用還是用一下框架吧

iron、actix-web

自製 ThreadPool

關於 thread 的其他觀念可以參考之前的人做的簡報↓

https://weihanglo.tw/slides/rust-concurrency.html

其實我懷疑這章節的重點應該是 multiple thread，server 只是附帶的

關於這個 thread，你可以這樣做

fn main() {
    let listener = TcpListener::bind("127.0.0.1:9487").unwrap();

    for stream in listener.incoming() {
        let stream = stream.unwrap();

        thread::spawn(|| {
            handle_connection(stream);
        });
    }
}
  • 直接用函式庫裡的 spawn，能灑幾個就灑幾個
  • 優點：灑脫、簡單、方便、快速
  • 缺點：容易把 server 的資源耗盡

你也可以自幹一個 ThreadPool 進行管理

首先，我們先來預想

一個 ThreadPool 裏面要有什麼？

可以怎麼用？

fn main() {
    let listener = TcpListener::bind("127.0.0.1:7878").unwrap();
    let pool = ThreadPool::new(4);

    for stream in listener.incoming() {
        let stream = stream.unwrap();

        pool.execute(|| {
            handle_connection(stream);
        });
    }
}

  • 我們的重點是 new 與 execute
  • execute 與 spawn 一樣，裏面都包含一個 closure
pub struct ThreadPool;

impl ThreadPool {
    pub fn new(size: usize) -> ThreadPool {
        ThreadPool
    }

    pub fn execute<F>(&self, f: F)
        where
            F: FnOnce() + Send + 'static
    {

    }
}

先把基本的東西寫上去(・ω・)ノ

關於 execute function 的 F 的設計，是參考 thread.spawn 的設計

pub fn spawn<F, T>(f: F) -> JoinHandle<T>
    where
        F: FnOnce() -> T + Send + 'static,
        T: Send + 'static
  • 這是 spawn 的設計
  • 因為這個專案設計的關西，我們不需要 T
  • 所以 F 主要是 FnOnce、Send 與 'static
pub struct ThreadPool {
    workers: Vec<Worker>,
    sender: mpsc::Sender<Message>,
}

再來設計 struct

  • Worker 與 Message 是自己定義的，後面會提到
  • 一個 ThreadPool 裡有好幾個 Worker (在裏面游泳)，與一個傳遞訊息的管道 (sender)
struct Worker {
    id: usize,
    thread: Option<thread::JoinHandle<()>>,
}

impl Worker {
    fn new(id: usize, receiver: Arc<Mutex<mpsc::Receiver<Message>>>) ->
        Worker {

        let thread = thread::spawn(move ||{
            loop {
                let message = receiver.lock().unwrap().recv().unwrap();

                match message {
                    Message::NewJob(job) => {
                        println!("Worker {} got a job; executing.", id);

                        job.call_box();
                    },
                    Message::Terminate => {
                        println!("Worker {} was told to terminate.", id);

                        break;
                    },
                }
            }
        });

        Worker {
            id,
            thread: Some(thread),
        }
    }
}

Worker

  • 可變不共享、共享不可變
  • Arc 提供「共享性」
  • Mutex 提供「可變性」
enum Message {
    NewJob(Job),
    Terminate,
}


trait FnBox {
    fn call_box(self: Box<Self>);
}

impl<F: FnOnce()> FnBox for F {
    fn call_box(self: Box<F>) {
        (*self)()
    }
}

type Job = Box<dyn FnBox + Send + 'static>;

Message

  • Box<dyn FnBox> 是一個 trait object
impl ThreadPool {
    pub fn new(size: usize) -> ThreadPool {
        assert!(size > 0);

        let (sender, receiver) = mpsc::channel();
        let receiver = Arc::new(Mutex::new(receiver));
        let mut workers = Vec::with_capacity(size);

        for id in 0..size {
            workers.push(Worker::new(id, Arc::clone(&receiver)));
        }

        ThreadPool {
            workers,
            sender,
        }
    }

    pub fn execute<F>(&self, f: F)
        where
            F: FnOnce() + Send + 'static
    {
        let job = Box::new(f);

        self.sender.send(Message::NewJob(job)).unwrap();
    }
}

然後設計 impl

  • 上面的 assert 是偷懶的寫法，實際上應該要回傳 Result 之類的型態
impl Drop for ThreadPool {
    fn drop(&mut self) {
        println!("Sending terminate message to all workers.");

        for _ in &mut self.workers {
            self.sender.send(Message::Terminate).unwrap();
        }

        println!("Shutting down all workers.");

        for worker in &mut self.workers {
            println!("Shutting down worker {}", worker.id);

            if let Some(thread) = worker.thread.take() {
                thread.join().unwrap();
            }
        }
    }
}

實做 Drop

等愣，恭喜你寫出了 ThreadPool

// 雖然有很多地方可能造成 Panic

花了很多時間看完這章節

心裡只有滿滿的崩潰與對作者的敬意

自幹這種事，偶爾做做就好

下面有別人做好的東西，可以直接用

threadpool

感謝所有報告者與參與者

還有摩茲工寮 QwQ

Rust Chapter 20

By 球魚

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