30天拿下Rust之实战Web Server

概述

        随着互联网技术的飞速发展，Web服务器作为承载网站与应用的核心组件，其性能、稳定性和安全性都显得至关重要。Rust语言凭借其独特的内存安全保证、高效的性能以及丰富的生态系统，成为了构建现代Web服务器的理想选择。

新建项目

        首先，使用下面的命令创建一个新的Cargo项目web_server。

cargo new web_server

        然后，修改Cargo.toml文件，添加必要的依赖项actix-web。actix-web是一个用Rust语言编写的高性能、高度可扩展的Web框架，专为构建安全、快速且资源效率高的Web应用程序而设计。作为Rust生态系统中较早出现且持续发展的项目，Actix-web享有良好的生态环境与活跃的社区支持，使其成为众多Rust Web开发者首选的框架之一。

[dependencies]
actix-web = { version = "4.5.0"}

基础Web服务器

        接下来，我们创建一个最基础的Web服务器，它能够响应HTTP请求并返回简单的字符串响应。

        在下面的示例代码中，我们首先导入了actix_web中的App和HttpServer，它们分别用于构建应用程序和启动HTTP服务器。我们还导入了HttpResponse，用于构建HTTP响应。

        然后，我们定义一个处理HTTP请求的函数index()，这个函数简单地返回一个包含“Hello Rust”文本的HTTP 200 OK响应。

        接下来，在main函数中，我们使用HttpServer::new来创建一个新的HTTP服务器。我们传递一个闭包给new方法，该闭包返回一个App实例。在App实例上，我们使用route方法来定义路由。这里我们定义了一个根路由/，并使用actix_web::web::get()来指定这是一个GET请求。然后，我们将index函数与这个路由关联起来。

        最后，我们使用bind()方法来指定服务器要监听的地址和端口（这里是127.0.0.1:8080），并调用run方法来启动服务器。

use actix_web::HttpResponse;
use actix_web::{App, HttpServer};

async fn index() -> HttpResponse {
    HttpResponse::Ok().body("Hello Rust")
}

#[actix_web::main]
async fn main() -> std::io::Result<()> {
    HttpServer::new(|| App::new().route("/", actix_web::web::get().to(index)))
        .bind("127.0.0.1:8080")?
        .run()
        .await
}

        在命令行中运行cargo run来启动程序，此时服务器开始监听localhost:8080。现在，我们可以使用任何Web浏览器来测试服务器。在浏览器中打开http://localhost:8080或者http://127.0.0.1:8080，我们应该能看到服务器返回的“Hello Rust”响应。

处理路由

        为了构建更复杂的Web应用，我们需要引入路由机制。

        在下面的示例代码中，我们添加了一个新的路由/new_route，它映射到一个新的处理函数new_route_handler。这个处理函数简单地返回一个包含文本"New route handler"的HTTP 200 OK响应。现在，服务器将能够响应两个路由：根路径/和新的路径/new_route。

use actix_web::HttpResponse;
use actix_web::{App, HttpServer};

async fn index() -> HttpResponse {
    HttpResponse::Ok().body("Hello Rust")
}

async fn new_route_handler() -> HttpResponse {
    HttpResponse::Ok().body("New route handler")
}

#[actix_web::main]
async fn main() -> std::io::Result<()> {
    HttpServer::new(|| App::new().
        route("/", actix_web::web::get().to(index))
        .route("/new_route", actix_web::web::get().to(new_route_handler)))
        .bind("127.0.0.1:8080")?
        .run()
        .await
}

处理JSON请求

        对于API服务，经常需要处理JSON格式的请求与响应。修改Cargo.toml文件，引入serde和serde_json来简化工作。

[dependencies]
actix-web = { version = "4.5.0"}
serde = { version = "1", features = ["derive"] }
serde_json = "1"

        在下面的示例代码中，我们首先导入了serde库中的Deserialize和Serialize特质，它们用于定义结构体可以被自动序列化和反序列化为JSON格式。

        然后，定义了一个名为FormData的结构体，它有一个字段field_name，类型为String。通过derive属性，该结构体获得了从JSON字符串自动反序列化（Deserialize)的能力，以及将自身序列化为JSON字符串（Serialize）的能力，Debug特征使得结构体可以方便地输出调试信息。我们还定义了一个名为JsonResponse的结构体，它有一个字段message，类型也为String。这里只应用了Serialize特质，因为这个结构体是用来构造返回给客户端的JSON响应报文的，不需要反序列化能力。

        最后，我们定义了处理POST请求的异步函数handle_post，它接受一个类型为web::Json<FormData>的参数。web::Json是一个wrapper类型，表示请求体应该被解析为FormData结构体。函数内部首先打印接收到的POST数据，然后创建一个JsonResponse实例，其中message字段内容为"Hello from Rust Server"。函数的最后，返回一个201 Created状态码的响应，主体内容为序列化后的JsonResponse实例。

use actix_web::{web, App, HttpResponse, HttpServer, Result};
use serde::{Deserialize, Serialize};

#[derive(Deserialize, Serialize, Debug)]
struct FormData {
    field_name: String,
}

#[derive(Serialize)]
struct JsonResponse {
    message: String,
}

async fn index() -> HttpResponse {
    HttpResponse::Ok().body("Hello Rust")
}

async fn new_route_handler() -> HttpResponse {
    HttpResponse::Ok().body("New route handler")
}

async fn handle_post(form_data: web::Json<FormData>) -> Result<HttpResponse> {
    println!("Received POST data: {:?}", form_data.into_inner());
    let response_data = JsonResponse {
        message: format!("Hello from {}", "Rust Server".to_string()),
    };
    Ok(HttpResponse::Created().json(response_data))
}

#[actix_web::main]
async fn main() -> std::io::Result<()> {
    HttpServer::new(|| {
        App::new()
            .route("/", web::get().to(index))
            .route("/new_route", web::get().to(new_route_handler))
            .route("/post_data", web::post().to(handle_post))
    })
    .bind("127.0.0.1:8080")?
    .run()
    .await
}

        在命令行中运行cargo run来启动程序，此时服务器开始监听localhost:8080。我们可以使用Postman来模拟浏览器发送POST请求的行为，方法选择POST，路径为localhost:8080/post_data，Body选择raw/JSON，输入：{"field_name": "Hello from client"}。点击Send按钮，我们会收到Rust Web Server返回的POST响应，Body为：{"message": "Hello from Rust Server"}。

处理动态路由参数

        要实现动态路由参数，我们可以使用actix-web提供的路径参数功能。路径参数允许我们在URL路径中定义占位符，这些占位符在请求到来时会被解析为具体的值。

        在下面的示例代码中，我们新增了一个异步函数handle_dynamic_route，它接受一个类型为web::Path<String>的参数。web::Path<T>是actix-web提供的一个类型，用于捕获路径参数。这里我们使用String类型来捕获动态路由中的ID。接着，在应用程序配置中，我们添加了一个新的路由。这里的/{id}路径模板中，{id}是一个占位符，表示任何非斜杠字符组成的字符串。当一个请求到达，其URL路径匹配/{id}模板时，actix-web会将路径中对应的值作为web::Path<String>传递给handle_dynamic_route函数。

use actix_web::{web, App, HttpResponse, HttpServer, Result};
use serde::{Deserialize, Serialize};

#[derive(Deserialize, Serialize, Debug)]
struct FormData {
    field_name: String,
}

#[derive(Serialize)]
struct JsonResponse {
    message: String,
}

async fn index() -> HttpResponse {
    HttpResponse::Ok().body("Hello Rust")
}

async fn new_route_handler() -> HttpResponse {
    HttpResponse::Ok().body("New route handler")
}

async fn handle_post(form_data: web::Json<FormData>) -> Result<HttpResponse> {
    println!("Received POST data: {:?}", form_data.into_inner());
    let response_data = JsonResponse {
        message: format!("Hello from {}", "Rust Server".to_string()),
    };
    Ok(HttpResponse::Created().json(response_data))
}

async fn handle_dynamic_route(id: web::Path<String>) -> HttpResponse {
    HttpResponse::Ok().body(format!(
        "Process dynamic route with ID: {}",
        id.into_inner()
    ))
}

#[actix_web::main]
async fn main() -> std::io::Result<()> {
    HttpServer::new(|| {
        App::new()
            .route("/", web::get().to(index))
            .route("/new_route", web::get().to(new_route_handler))
            .route("/post_data", web::post().to(handle_post))
            .route("/{id}", web::get().to(handle_dynamic_route))
    })
    .bind("127.0.0.1:8080")?
    .run()
    .await
}

        我们仍使用Postman来模拟浏览器的动态路由参数，方法选择GET，路径为localhost:8080/666，Body选择none。点击Send按钮，我们会收到Rust Web Server返回的GET响应，Body为：Process dynamic route with ID: 666。

总结

        在本文中，我们不仅搭建了一个基础的Web服务器，还实现了路由、JSON请求、动态路由参数等功能。Rust凭借其严谨的安全模型、出色的性能和丰富的生态系统，为构建高效、安全的Web服务器提供了坚实的基础。