Victor's Code Journey
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发明服务特征

Tower是一个模块化和可重用组件库,用于构建健壮的网络客户端和服务器。其核心是Service特征。Service是一个异步函数,它接受请求并产生响应。然而,其设计的某些方面可能并不明显。与其解释目前Tower中存在的Service特征,让我们通过想象如果你从头开始,你会如何发明它来看看Service背后的动机。

Rust Struct 字段自引用问题

先来看一段 Java 代码,Application中有version和 logger。logger 依赖了 Version。

public class Application
{
    public Version version;
    public Logger logger;
    public Application() {
        version = new Version(1);
        logger =  new Logger(version);
    }

    public static void main(String[] args)
    {
        Application application = new Application();
        application.logger.log("Hello World!");
        // console output:
        // [version 1] Hello World!
    }
    class Version {
        public int ver;
        public Version (int ver){
            this.ver = ver;
        }
        public String toString() {
            return String.format("version %d",ver);
        }
    }
    class Logger {
        public Version version;
        public Logger (Version version){
            this.version = version;
        }
        void log(String msg) {
            System.out.println(String.format("[%s] %s",version,msg));
        }
    }
}

那么问题来了,如何在 Rust 中实现相同的代码?

Rust-生命周期

生命周期,简而言之就是引用的有效作用域。在大多数时候,我们无需手动的声明生命周期,因为编译器可以自动进行推导。当多个生命周期存在,且编译器无法推导出某个引用的生命周期时,就需要我们手动标明生命周期。

生命周期的主要作用是避免悬垂引用,它会导致程序引用了本不该引用的数据:

{
    let r;
    {
        let x = 5;
        r = &x;
    }    // ^^ borrowed value does not live long enough
    println!("r: {}", r);
}

此处 r 就是一个悬垂指针,它引用了提前被释放的变量 x。

为了保证 Rust 的所有权和借用的正确性,Rust 使用了一个借用检查器(Borrow checker),来检查我们程序的借用正确性:

{
    let r;                // ---------+-- 'a
                          //          |
    {                     //          |
        let x = 5;        // -+-- 'b  |
        r = &x;           //  |       |
    }                     // -+       |
                          //          |
    println!("r: {}", r); //          |
}                         // ---------+

r 变量被赋予了生命周期 ‘a,x 被赋予了生命周期 ‘b,从图示上可以明显看出生命周期 ‘b 比 ‘a 小很多。在编译期,Rust 会比较两个变量的生命周期,结果发现 r 明明拥有生命周期 ‘a,但是却引用了一个小得多的生命周期 ‘b,在这种情况下,编译器会认为我们的程序存在风险,因此拒绝运行。如果想要编译通过,也很简单,只要 ‘b 比 ‘a 大就好。总之,x 变量只要比 r 活得久,那么 r 就能随意引用 x 且不会存在危险:

{
    let x = 5;            // ----------+-- 'b
                          //           |
    let r = &x;           // --+-- 'a  |
                          //   |       |
    println!("r: {}", r); //   |       |
                          // --+       |
}                         // ----------+

TCP-超时重传

TCP协议是一种面向连接的有状态网络协议。对于发送的每个数据包,一旦TCP堆栈收到特定数据包的ACK,它就认为它已成功传递。

TCP使用指数退避超时重传一个未确认的数据包,最多tcp_retries2时间(默认为15),每次重传超时在TCP_RTO_MIN(200毫秒)和TCP_RTO_MAX(120秒)之间。一旦第15次重试到期(默认情况下),TCP堆栈将通知上面的层(即应用程序)断开连接。

Rust-特征

如果不同的类型具有相同的行为,那么我们就可以定义一个特征,然后为这些类型实现该特征。定义特征是把一些方法组合在一起,目的是定义一个实现某些目标所必需的行为的集合。

例如,我们现在有文章 Post 和微博 Weibo 两种内容载体,而我们想对相应的内容进行总结,也就是无论是文章内容,还是微博内容,都可以在某个时间点进行总结,那么总结这个行为就是共享的,因此可以用特征来定义:

pub trait Summary {
    fn summarize(&self) -> String;
}

特征只定义行为看起来是什么样的,而不定义行为具体是怎么样的。因此我们需要为实现特征的类型,定义行为具体是怎么样的。

pub struct Post {
    pub title: String,
    pub author: String,
    pub content: String,
}
impl Summary for Post {
    fn summarize(&self) -> String {
        format!("文章{}, 作者是{}", self.title, self.author)
    }
}

Rust 智能指针简介

指针是一个包含了内存地址的变量,该内存地址引用或者指向了另外的数据。

在 Rust 中,最常见的指针类型是引用,引用通过 & 符号表示。不同于其它语言,引用在 Rust 中被赋予了更深层次的含义,那就是:借用其它变量的值。引用本身很简单,除了指向某个值外并没有其它的功能,也不会造成性能上的额外损耗,因此是 Rust 中使用最多的指针类型。

而智能指针则不然,它虽然也号称指针,但是它是一个复杂的家伙:通过比引用更复杂的数据结构,包含比引用更多的信息,例如元数据,当前长度,最大可用长度等。智能指针往往是基于结构体实现,它与我们自定义的结构体最大的区别在于它实现了 Deref 和 Drop 特征:

  • Deref 可以让智能指针像引用那样工作,这样你就可以写出同时支持智能指针和引用的代码,例如 *T
  • Drop 允许你指定智能指针超出作用域后自动执行的代码,例如做一些数据清除等收尾工作

而 Box 指针是最简单的智能指针。本文将介绍 Box 指针以及 Deref 和 Drop 特征。