21. 从零用Rust编写正反向代理，tokio竟然这样对待socket！

wmproxy

wmproxy已用Rust实现http/https代理, socks5代理, 反向代理, 静态文件服务器，四层TCP/UDP转发，内网穿透，后续将实现websocket代理等，会将实现过程分享出来，感兴趣的可以一起造个轮子

项目地址

国内: https://gitee.com/tickbh/wmproxy

github: https://github.com/tickbh/wmproxy

有请主角上场

Socket是集万千宠爱为一身的王子，在操作系统的王国里，他负责对外的所有通讯，所以要想沟通邻国的公主必须经过他，所以大家对他都是万般友好。

这天一个Rust城市里的大臣tokio对他发起了邀请，邀请他来参观严谨的逻辑庄园。

tokio庄园

庄园中的各成员对即将到来的王子议论纷纷。

  大管家mio说：“大家都想想等下怎么向socket王子介绍自己，好让他配合大家的工作。”

  大管家mio是tokio的基石，一切和王国打交道的都交由他去打理，他是保证庄园高效运转的关键，此刻他准备好了欢迎宴会。

  在宴会上，socket听说tokio庄园是这座城市异步运行的重要基石，就很好奇的让大伙介绍介绍下怎么工作的。

  庄园主tokio就说：“我是依靠着大管家mio帮我负责处理底层的事，Waker来提醒我有新的事情，PollEvented来帮我管理事件的。下面先让mio来介绍下。”

  管家mio说：“我负责收集庄园中的所有信息，他们告诉我他们要关心的什么比较，比如您的到来（可读），或者您有什么话想说（可写），我会负责和王国的底层进行沟通，我在这个国家用的是epoll，据说在遥远的另一个国家用的是iocp，如果有相应的需求，我将会通知Waker，由他去提醒庄主来及时的处理，这场宴会也是提前得到通知而进行准备的。”

  通知Waker说：“我所做的事情就是微不足道，我的对接对象是PollEvented，当他关心读事件，我会向mio去发起poll_read请求，如果此时mio那边已经知道有新的消息了，那我就直接把他们读出来交给民众Poll::Ready，如果此时还没有新消息，那我会告诉管家，有新消息的时候通知我Poll::Pending，此时我就在这里等待，直到有新的消息到达我就通知给民众。当他关心写事件，我会向mio请求poll_write请求，后续的和收消息的一致。现在给你们展示下包装了一层我的Context和我能换醒的虚表。”

/// 这个在代码里就是经常看到，它就是我的一层浅封装啦。
pub struct Context<'a> {
    waker: &'a Waker,
    _marker: PhantomData<fn(&'a ()) -> &'a ()>,
}
/// 我通过他来控制回调，保证唤醒的时候能正确的通知
pub struct RawWakerVTable {
    clone: unsafe fn(*const ()) -> RawWaker,
    wake: unsafe fn(*const ()),
    wake_by_ref: unsafe fn(*const ()),
    drop: unsafe fn(*const ()),
}

  事件PollEvented说：“庄主要处理的事情太多了，而有些事情又需要等待一层层的反馈，他没法把精力放在一件事情上一直等待，所以就有了我出马，庄主告诉我他关心什么事，我就把它记下来，这样子庄主就可以去处理其它的事，等事件到来的时候我就告诉庄主，这样子庄主就可以高效的处理所有的事件。”

王子觉得他们说了一堆有点啰嗦

  “带我看看你们实际的工坊，我要实地考查下。”王子说。

庄主就带着王子来到了，受理工坊，受理工坊正在处理建立受理点:

TcpListener::bind(addr).await

受理点的内容就是PollEvent：

pub struct TcpListener {
    io: PollEvented<mio::net::TcpListener>,
}

当他接受新的受理者的时候：

pub async fn accept(&self) -> io::Result<(TcpStream, SocketAddr)> {
    let (mio, addr) = self
        .io
        .registration()
        .async_io(Interest::READABLE, || self.io.accept())
        .await?;

    let stream = TcpStream::new(mio)?;
    Ok((stream, addr))
}

他向PollEvent注册了可读事情有的时候通知他，此时PollEvent就建立了一个Waker对象，当有符合条件的时候就来告诉他：

/// 建立一个可读的Future对象
fn readiness_fut(&self, interest: Interest) -> Readiness<'_> {
    Readiness {
        scheduled_io: self,
        state: State::Init,
        waiter: UnsafeCell::new(Waiter {
            pointers: linked_list::Pointers::new(),
            waker: None,
            is_ready: false,
            interest,
            _p: PhantomPinned,
        }),
    }
}

底层有mio和系统交互，一旦有数据就通知Waker，他建在runtime/io/driver.rs上面

fn turn(&mut self, handle: &Handle, max_wait: Option<Duration>) {
    let events = &mut self.events;
    // 高效的监听端口
    match self.poll.poll(events, max_wait) {
        Ok(_) => {}
    }

    for event in events.iter() {
        let token = event.token();

        if token == TOKEN_WAKEUP {
        } else if token == TOKEN_SIGNAL {
        } else {
            let ready = Ready::from_mio(event);
            let ptr: *const ScheduledIo = token.0 as *const _;

            let io: &ScheduledIo = unsafe { &*ptr };
            io.set_readiness(Tick::Set(self.tick), |curr| curr | ready);
            // 有相应的事件，进行唤醒然后通知上层处理相应的事件
            io.wake(ready);

        }
    }

}

然后看到Waker工坊上处理：

pub(crate) fn wake_all(&mut self) {
    assert!(self.curr <= NUM_WAKERS);
    while self.curr > 0 {
        self.curr -= 1;
        let waker = unsafe { ptr::read(self.inner[self.curr].as_mut_ptr()) };
        waker.wake();
    }
}
pub fn wake(self) {
    // 存在的回调函数及对应的数据，好进行调用
    let wake = self.waker.vtable.wake;
    let data = self.waker.data;

    crate::mem::forget(self);

    // 用回调函数的方式处理刚等待执行的线程
    unsafe { (wake)(data) };
}

最后又回到了受理工坊，我们知道了一个新的来源TcpStream的到来，期间在等待的时候，我们可以去处理其它的事情，不至于空有许多人力物力，却在等我的宝的事情到来没法快速处理事情。

  王子说：“在只有一个受理的时候你们这么高效，如果有同时多个受理，又需要在处理完访问相同的数据，你们又能处理吗？”

  庄主说：“那么接下来就让我带你参观下Poll工坊，他用同步的方式可以同时处理多个链接。”

参观完异步工坊，庄主又带着王子来到了

只见Poll工坊大屏幕上就出现了一个例子：

#[tokio::main]
async fn main() -> std::io::Result<()> {
    use std::{future::poll_fn, task::Poll, pin::Pin};
    use tokio::net::TcpListener;
    let mut listeners = vec![];
    // 同时监听若干个端口
    for i in 1024..1099 {
        listeners.push(TcpListener::bind(format!("127.0.0.1:{}", i)).await?);
    }
    loop {
        let mut pin_listener = Pin::new(&mut listeners);
        // 同时监听若干个端口，只要有任一个返回则返回数据
        let fun = poll_fn(|cx| {
            for l in &*pin_listener.as_mut() {
                match l.poll_accept(cx) {
                    v @ Poll::Ready(_) => return v,
                    Poll::Pending => {},
                }
            }
            Poll::Pending
        });
        let (conn, addr) = fun.await?;
        println!("receiver conn:{:?} addr:{:?}", conn, addr);
    }
}

他可快速的在函数中同时等待多个端口数据，这种同步的逻辑可以在复杂结构时很方便的书写代码的逻辑。

王子看完后：“现在你的处理能力已经高效又灵活，真正的可甜可咸了，把我的能力发挥完全又简化了操作。”

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