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Rust Web框架怎么选？研究本文就够了！

作者简介：成锁元，Westar实验室技术专家。Westar实验室（ westar.io），成立于 2018 年，关注于区块链及分布式前沿技术，包括区块链分层架构、二层路由，网络性能、智能合约、PoW 优化等。


Rust语言这两年在“安全、并发、性能”方面吸足了眼球，但在主流的web应用领域表现如何？有哪些可以推荐的Web框架？下面就这个话题深入展开。


背景

Web框架


我们先简单回顾下Web框架： Web框架主要用于动态Web开发，开发人员在框架基础上实现自己的业务逻辑。 Web框架需要实现接收到请求后，能够提供参数校验的能力，然后根据请求参数从底层拿到数据，最后以特定格式返回。Web框架旨在简化web开发流程，让开发人员更专注于自己的业务逻辑。


其他语言现状


其他主流语言，Web框架都已经发展非常成熟，大家耳熟能详的比如：

  • PHP语言： Laravel

  • JAVA语言：Spring MVC

  • GO语言： Gin/Beego

这些框架介绍的文章已经满大街了，在此就不赘述。


Rust常见Web框架


Rust目前已知的Web框架也有几十种，在flosse的rust-web-framework-comparison开源项目里面详细列出（见文末参考资料的链接），感兴趣的可以查看。但遗憾的是官方也没有给出支持或者推荐的Web框架，所以我们就实际项目简单使用的情况，挑出几个比较下，希望给大家选型框架时参考下。


Rust Web框架的难点


在比较这些框架之前，我们先回顾下Rust语言处理Web流程困难的地方。众所周知，Rust近年发展迅猛，同时也带来一些新的概念，比如生命周期等，另外rust没有全局状态，或者说实现比较困难，以及编译检查比较严格，相对速度也比较慢，这样对实现web框架带来一些困难，下来我们看下这些框架的实现情况。


Rust Web框架分类


Rust Web框架中，hyper、h2、tiny-http属于底层一些的框架，比如hyper，很多框架都是基于它开发的，它也是Rust语言中比较老牌的框架；Rocket框架相对比较专注， 大名鼎鼎的tokio的作者实现的Tower，目前跟warp交流较多，有可能会合并大家也可以持续关注；iron、gotham、nickel、rouille、actix-web功能相对全面些，就像其中Actix框架整个体系庞大，下面又拆分出许多子框架：web、http、net等。


Rust主流Web框架的比较


下面我们终于进入正题，挑出几个我们实际项目中使用过的框架进行比较。当然，可能有些框架的特性我们并未涉猎，文中有不妥之处欢迎指正。


Hyper


第一个出场的就是hyper，它的特点就是高性能，后面会给出的压测结果，跟actix-web差不多；另外首先实现了Client组件，方便写单元测试验证；前面也提到很多web框架基于hyper实现，侧面说明他底层的封装还是不错的。不过它也有些缺点：

  • hyper应用侧的功能相对少，所以会导致很多框架又在他的基础上继续封装；

  • 通过match block实现路由，这个笔者认为是一个比较明显的缺点； 比如下面的例子：

async fn response_examples( req: Request<Body>,client: Client<HttpConnector>) -> Result<Response<Body>> { match (req.method(), req.uri().path()) { (&Method::GET, "/index.html") => { Ok(Response::new(INDEX.into())) }, (&Method::GET, "/json_api") => { api_get_response().await } _ => { Ok(Response::builder().status(StatusCode::NOT_FOUND) .body(NOTFOUND.into()) .unwrap()) } }}

这是一个典型的hyper的实现，但实际项目中的match块处理较复杂的流程时往往需要翻一两页，这样开发和review都相对困难。


Actix-web


Actix-web是已知的所有web框架实现了actor模型，由微软的工程师 Nikolay 开发，Azure用的比较多；超级快是另一个优点，在web性能评测网站刷榜，但有取巧嫌疑，下面会展开说下他怎么做的；底层基于tokio。整体层级结构如下：

  • tokio && futures -> actix-net/actix-rt -> actix-net/其他子crate -> actix-web


对于整个actix来说，功能还是比较丰富；今年6月发布的的1.0，进一步简化actor模块，service替代handle，大量的简化代码。

  • 缺点：大量的unsafe(如下图)，导致经常有开发爆出堆栈溢出的bug；这也是他性能最好的原因之一；



他的另外一个缺点，代码质量不高，频繁变动，至少是web模块这块，文档和实例也不全；比如0.7版的handle，到1.0版变成service，他封装的responder，也不稳定，下面跟rocket的实现一起展开比较。


Rocket


Rocket是目前Rust主流的Web框架之一，github项目有8.9k的star。而它的http处理部分就是基于前面提到的Hyper。从官方资料看，具有如下三个特点：

  • 类型安全；

  • 上手简单，让你更专注于自己的业务；

  • 组件丰富，且几乎都可以自定义；


Rocket从笔者使用经验来看：确实上手非常快，对各种语言背景的开发人员都相对友好；扩展容易，他的组件几乎都可以自定义，requestGuard、state、fairing 都可以定制；另外，文档、example都非常详细，预定义很多宏，非常方便； Rocket的缺点：性能上会略差些，后面会给出压测数据。不过他的async分支也快发布了，都打磨了几个月，大家可以关注；


汇总


简单汇总一个表格（如下图），总结下：从大家的关注度上，Rocket胜出；Actix-web的功能会多些，比如websocket等；从使用和应用层的周边支持上，Rocket做的最好；所以不太在意性能的话，建议选择Rocket。下来我们就就详细讨论下Rocket。

Rust Web框架怎么选？研究本文就够了！


Rocket

Rocket设计原则


首先看下rocket的设计原则，这也是其他框架没有的，而且他们实际代码落地上也履行的不错，具体原则如下：

  • Security, correctness, and developer experience are paramount.

  • All request handling information should be typed and self-contained

  • Decisions should not be forced


笔者的理解：

  • 安全性，正确性和开发人员经验至关重要。这就充分挖掘了rust安全方面的优势，且对各语言开发人员友好， 后面讲到request、guards这两个组件再展开下；

  • 所有被处理请求信息都必须指定类型。这样也对开发人员有所约束， 比如在使用Responder组件就深有感触；

  • 不应该强行限制。他的模板、序列化、会话等组件，几乎所有的功能都是可选择的插件形式。对于这些，Rocket都有官方库和支持，完全可以自由选择和替换。 所以，Rocket是Rust Web框架里面，完美的平衡了自由和约束。下面我们就几个重要组件详细展开。


RequestGuards


RequestGuards有些类似java的spring框架的velidator，是代表任意验证策略的类型，验证策略通过FromRequest实现。RequestGuards没有数量限制，实际使用中根据自己需求添加，也可以自定义Guards。举个例子：


#[get("/<param>")]fn index(param: isize, a: A, b: B, c: C) -> ... { ... }

上述例子中的A、B、C都是具体的实现，比如A验证auth，B验证计数，C具体业务校验等；也可以用框架已经实现的guard，或者自己定义，整体还是非常灵活。guard组件也是履行他的第一个设计原则：正确性、安全性；

Responder


我们直接看下Responder的定义：

pub trait Responder { /// Returns `Ok` if a `Response` could be generated successfully. Otherwise, /// returns an `Err` with a failing `Status`. /// /// The `request` parameter is the `Request` that this `Responder` is /// responding to. /// /// When using Rocket's code generation, if an `Ok(Response)` is returned, /// the response will be written out to the client. If an `Err(Status)` is /// returned, the error catcher for the given status is retrieved and called /// to generate a final error response, which is then written out to the /// client. fn respond_to(self, request: &Request) -> response::Result;}

笔者翻了一下这个trait的代码记录，从16年最开始设计就已经确定，非常稳定，之后再没有更新过。respond_to返回的Result，他封装了一下，要么是OK，要么是一个Err的status。 另外内置实现了常用的类型（ str 、String、 [u8] 、 File、 Option、 Status ），基本覆盖绝大部分业务场景；如果还不能满足，那你也可以实现自定义的responder。 这也就体现他的第二设计原则：类型约束。不像其他的框架，比如Actix-web也有responder，但也是最近的版本才稳定下来。如下要想自定义怎么办？ 这是一个自定义的例子：


impl Responder for Person { fn respond_to(self, _: &Request) -> response::Result { Response::build() .sized_body(Cursor::new(format!("{}:{}", self.name, self.age))) .raw_header("X-Person-Name", self.name) .header(ContentType::new("application", "x-person")) .ok() } }#[get("/person")] fn person() -> Person { Person { name: "a".to_string(), age: 20 } }

这就是自定义的一个responder，直接返回一个Person对象；也可以加上err的处理；看起来还是比较简单吧。我们可以对比下Actix-web的responder的实现：

pub trait Responder { /// The associated error which can be returned. type Error: Into<Error>;
 /// The future response value. type Future: Future<Output = Result<Response, Self::Error>>;
 /// Convert itself to `AsyncResult` or `Error`. fn respond_to(self, req: &HttpRequest) -> Self::Future;

 fn with_status(self, status: StatusCode) -> CustomResponder<Self> where Self: Sized, { CustomResponder::new(self).with_status(status) }

 fn with_header<K, V>(self, key: K, value: V) -> CustomResponder<Self> … …}

Actix-web是19年3月份才有这个组件的，status，header还是后来加；实现的起来复杂的多；


State


我们看下Rocket的State组件，也是最后一个原则的体现。直接举例说明：

use rocket::State;use rocket::response::content;
struct HitCount(AtomicUsize);
#[get("/")]fn index(hit_count: State<HitCount>) -> content::Html<String> { hit_count.0.fetch_add(1, Ordering::Relaxed); let msg = "Your visit has been recorded!"; let count = format!("Visits: {}", count(hit_count)); content::Html(format!("{}<br /><br />{}", msg, count))}
#[get("/count")]fn count(hit_count: State<HitCount>) -> String { hit_count.0.load(Ordering::Relaxed).to_string()}
fn rocket() -> rocket::Rocket { rocket::ignite() .mount("/", routes![index, count]) .manage(HitCount(AtomicUsize::new(0)))}

这是一个计数器的简单实现，通过state注入到handle中，每次访问/都加1；也可以通过/cout接口拿到当前计数；这两接口是无状态的，但count是全局的，这就是state的魅力； 当然state可以干的事情很多，另外也内置实现了Request-local state，类似于thread-local 可以做链路跟踪；

Fairing


Rocket还有个Fairing组件，结合上面提到的state组件，可以实现应用启动时，或者state的attach时，请求和响应时的一些定制；比如定制filter，日志等插件都可以实现；

#[derive(Default)]struct Counter { get: AtomicUsize, post: AtomicUsize,}impl Fairing for Counter {
 fn on_request(&self, request: &mut Request, _: &Data) { … …}
 fn on_response(&self, request: Request, response: mut Response) {… …}}fn rocket() -> rocket::Rocket { rocket::ignite() .mount("/", routes![… , …]) .attach(Counter::default()) … …}
这是一个根据请求方法不同而分别计数功能，你也可以实现Counter的attach的事件处理；但跟filter不同，Fairing更通用些。其特点如下：

  • 挂载在Request的生命周期

  • 不能终止或者直接响应Request

  • 不能将非请求数据注入Request

  • 可以检查或者修改配置

  • 只有attach了才能触发

  • 顺序很重要


Fairing可以应用在一些动态改配置的场景，或者多种环境的复杂配置场景；且官方贴心的内置了Adhoc实现，方便开发人员快速实现。

至此，Rocket的特性就讲完了，所以建议大家根据自己的实际需求，来选择自己合适的框架。


压测数据参考


最后我们给出之前做的压测结果：

上述表格中Rocket sync（master分支）并发只能到50，如果业务场景非常注重性能的话，那你就慎重考虑，或者你持续关注async分支的进展；另外比较了hyper框架debug和release方式的差异，其他的差异比例也类似。


参考资料：

  1. Hyper官网

  2. Rocket官网

  3. Actix-web官网

  4. rust Web框架的比较

  5. the-best-rust-frameworks-to-check-out-in-2019


Westar实验室成立于2018年，是分层区块链的先行者。团队致力于创建下一代分层区块链及金融基础设施。通过先进技术和工程能力，构建产品和基础网络，从而减少对信任的依赖，提高金融市场的效率。对于区块链生态，通过分层区块链技术，在保证安全性的同时，保证处理速度，达到可以商用的目的。


参考阅读：






高可用架构

改变互联网的构建方式


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