21-最后的项目：构建多线程web server

精要笔记 · 基于 TRPL 简体中文 第21章

最后的项目：构建多线程 web server

综合复习项目：手写基础 HTTP server + 线程池。非生产最佳实践（可用 crates.io 现成库），目的是理解底层机制；本章不用 async/await。

构建单线程 web server

监听 TCP 连接

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let listener = TcpListener::bind("127.0.0.1:7878").unwrap();
for stream in listener.incoming() {
    let stream = stream.unwrap();
    handle_connection(stream);
}

• std::net::TcpListener：bind 绑定端口（7878 ≈ “rust”）；incoming() 迭代连接尝试。
• 浏览器可能多连接（favicon、预连接等）；无响应时连接 drop 关闭，浏览器或重连。

读取请求

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fn handle_connection(mut stream: TcpStream) {
    let buf_reader = BufReader::new(&stream);
    let http_request: Vec<_> = buf_reader
        .lines()
        .map(|l| l.unwrap())
        .take_while(|l| !l.is_empty())
        .collect();
}

• BufReader + lines() 按行读；连续两个 \r\n（空行）标志请求头结束。
• 请求行格式：Method Request-URI HTTP-Version CRLF

更仔细地观察 HTTP 请求

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GET / HTTP/1.1
Host: 127.0.0.1:7878
...
（空行）

• 第一行：方法（GET/POST）、URI（如 /）、HTTP 版本。
• 后续为 header；GET 通常无 body。

编写响应

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HTTP/1.1 200 OK\r\n\r\n

• 状态行 + headers + 空行 + body。
• stream.write_all(response.as_bytes())

返回真正的 HTML

• 读 hello.html；响应加 Content-Length header。
• format! 拼状态行、header、body。

验证请求并有选择的进行响应

• 只匹配 GET / HTTP/1.1 → 200 + hello.html。
• 其他 → 404 + 404.html。
• 重构：let (status_line, filename) = if ... else ...; + let 解构，消除重复读写逻辑。

将单线程 server 变为多线程 server

模拟慢请求

• /sleep 分支 thread::sleep(Duration::from_secs(5))。
• 单线程下慢请求阻塞后续请求 → 需并发。

使用线程池改善吞吐量

线程池：固定数量 worker 线程 + 任务队列；限制并发防 DoS。

为每一个请求分配线程

thread::spawn(|| handle_connection(stream)) — 简单但可无限创建线程。

创建有限数量的线程

目标 API：

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let pool = ThreadPool::new(4);
pool.execute(|| { handle_connection(stream); });

采用编译器驱动开发构建 ThreadPool

1. 定义 ThreadPool 结构体（src/lib.rs 库 crate）。
2. new(size: usize) -> Self；size == 0 时 assert! panic。
3. execute<F>(&self, f: F) where F: FnOnce() + Send + 'static（对齐 thread::spawn 约束）。

在 new 中验证线程池的线程数量

• assert!(size > 0, "Number of threads must be greater than 0");

分配空间以存储线程

• 存 Vec<Worker> 而非裸 JoinHandle；with_capacity(size) 预分配。

将代码从 ThreadPool 发送给线程

• Worker 结构体：id + JoinHandle<()>；启动时空闭包占位。

使用信道向线程发送请求

1. ThreadPool 持有 mpsc::Sender<Job>。
2. 每个 Worker 共享 Arc<Mutex<Receiver<Job>>>（多生产者单消费者 → 共享接收端）。
3. type Job = Box<dyn FnOnce() + Send + 'static>;
4. execute：sender.send(Box::new(f))。
5. Worker 循环：while let Ok(job) = receiver.lock().unwrap().recv() { job(); }

while let 陷阱：while let Ok(job) = receiver.lock().unwrap().recv() 会在整个循环体持有锁；应 let job = receiver.lock().unwrap().recv().unwrap(); 让锁在 let 结束时释放。

优雅停机与清理

为 ThreadPool 实现 Drop Trait

• drop 中对每个 worker 调用 thread.join()。
• 用 self.workers.drain(..) 取出所有 Worker 再 join（避免借用冲突）。

向线程发出信号，让它们停止接收任务

1. sender 改为 Option<Sender<Job>>；drop 时 drop(sender) 关闭信道。
2. Worker 中 recv 返回 Err 时 break 退出循环。
3. 演示：for stream in listener.incoming().take(2) 处理两请求后退出，ThreadPool drop 触发清理。

总结

完整路径：TcpListener → 解析 HTTP → 响应 → ThreadPool（Worker + mpsc + Arc/Mutex）→ Drop 优雅停机。生产环境请用成熟 web 框架与线程池 crate。