Rust Redis 克隆專案實踐

use std::io::{Read, Write};
use std::net::{TcpListener, TcpStream};

fn main() {
    let listener = TcpListener::bind("127.0.0.1:6379").unwrap();
    for stream in listener.incoming() {
        match stream {
            Ok(mut stream) => {
                handle_connection(&mut stream);
            }
            Err(e) => {
                println!("error: {}", e);
            }
        }
    }
}

fn handle_connection(stream: &mut TcpStream) {
    let mut buffer = [0; 512];
    loop {
        match stream.read(&mut buffer) {
            Ok(size) if size != 0 => {
                let response = "+PONG\r\n";
                stream.write(response.as_bytes()).unwrap();
                stream.flush().unwrap();
            }
            Ok(_) => {
                println!("連線已關閉");
                break;
            }
            Err(e) => {
                println!("錯誤：{}", e);
                break;
            }
        }
    }
}

$ cargo new sider
$ cd sider

$ cargo run

#!/bin/bash
exec cargo run \
--quiet \
--release \
--manifest-path $(dirname $0)/Cargo.toml \
-- "$@"

#!/bin/sh
find "." -type f -name "*.rdb" -exec rm {} +
exec /My/PROJECT/PATH/spawn_redis_server.sh --loglevel nothing $@

$ make test_base_with_redis

test_base_with_redis_prog: build
CODECRAFTERS_SUBMISSION_DIR=./internal/test_helpers/pass_all \
CODECRAFTERS_TEST_CASES_JSON="[\
{\"slug\":\"jm1\",\"tester_log_prefix\":\"stage-1\",\"title\":\"Stage #1: Bind to a port\"},\
{\"slug\":\"jm2\",\"tester_log_prefix\":\"stage-2\",\"title\":\"Stage #2: Respond to PING\"},\
]" \
dist/main.out

use std::net::TcpListener;

fn main() {
    let listener = TcpListener::bind("127.0.0.1:6379").unwrap();
    for stream in listener.incoming() {
        match stream {
            Ok(_stream) => {
                println!("accepted new connection");
            }
            Err(e) => {
                println!("error: {}", e);
            }
        }
    }
}

$ cargo run

$ spawn_redis_server.sh

$ redis-cli
127.0.0.1:6379>

use std::io::{Read, Write};
use std::net::{TcpListener, TcpStream};

fn main() {
    let listener = TcpListener::bind("127.0.0.1:6379").unwrap();
    for stream in listener.incoming() {
        match stream {
            Ok(mut stream) => {
                handle_connection(&mut stream);
            }
            Err(e) => {
                println!("error: {}", e);
            }
        }
    }
}

fn handle_connection(stream: &mut TcpStream) {
    let mut buffer = [0; 512];
    stream.read(&mut buffer).unwrap();
    let response = "+PONG\r\n";
    stream.write(response.as_bytes()).unwrap();
    stream.flush().unwrap();
}

// 透過Iterator取得TcpStream
for stream in listener.incoming() {
    match stream {
        Ok(stream) => handle_connection(&mut stream),
        Err(e) => println!("連線錯誤：{}", e),
    }
}

#### 內容解密：
- `listener.incoming()`傳回一個迭代器，每次迭代嘗試接受一個新的TCP連線。
- `stream`的型別是`Result<TcpStream, Error>`，需要透過模式匹配進行處理。
- 成功時（`Ok(stream)`），將可變的`stream`傳遞給`handle_connection`函式處理。
- 失敗時（`Err(e)`），印出錯誤訊息。

### 測試與TDD（測試驅動開發）

在Rust這種強型別編譯語言中，測試相較於Python等語言更為複雜。雖然可以建立模擬物件（mock），但在執行時替換函式是困難的。因此，嚴格的TDD方法在Rust中難以實作。我們需要更頻繁地應用控制反轉（inversion of control），但仍無法達到像高抽象層級語言那樣的檢查程度。

#### 實務上的測試挑戰

在目前的案例中，若要在高階OOP語言中進行測試，常見的做法是：
*   建立一個只包含`read`方法的`TcpStream`模擬物件。
*   執行`handle_connection`函式。
*   檢查模擬物件的方法是否被正確呼叫。

然而，在Rust中，由於型別系統的限制，這種做法變得更加複雜。我們需要傳遞一個`TcpStream`型別的值給函式，並且很難只為測試重新定義`TcpStream`。

### 程式碼實作與記憶體安全

Rust語言的一大特色是其對記憶體安全的重視。瞭解如何使用參考（references）和可變性（mutability），特別是在傳遞值給函式時，是非常重要的。所有權（Ownership）是Rust中無處不在的概念，理解其原理對於避免編譯錯誤至關重要。

### 處理多個PING命令

為使伺服器能夠回應多個PING命令，需要將`handle_connection`函式中的程式碼放入迴圈中。同時，妥善管理`TcpStream::read`的輸出結果是非常重要的。該函式傳回一個`Result<usize>`，其中包含了接收到的位元組數量。

```rust
fn handle_connection(stream: &mut TcpStream) {
    let mut buffer = [0; 512];
    loop {
        match stream.read(&mut buffer) {
            Ok(size) if size != 0 => {
                let response = "+PONG\r\n";
                stream.write(response.as_bytes()).unwrap();
                stream.flush().unwrap();
            }
            Ok(_) => {
                println!("連線已關閉");
                break;
            }
            Err(e) => {
                println!("錯誤：{}", e);
                break;
            }
        }
    }
}

#### 內容解密：
- `stream.read(&mut buffer)`是一個阻塞函式，會等待TCP連線上的資料到來。
- 若接收到的位元組數量不為0，則傳送"+PONG\r\n"作為回應。
- 若接收到的位元組數量為0，表示連線已關閉。
- 若發生錯誤，則印出錯誤訊息並中斷迴圈。

### 使用Redis CLI進行測試

現在伺服器已經能夠持續監聽並回應客戶端的請求，可以開啟新的終端機執行`redis-cli`進行互動測試。

### 未來改進方向

目前的伺服器實作雖然能夠透過CodeCrafters挑戰的第三階段，但仍然無法真正處理傳入的請求。未來的改進方向包括：
*   支援更多的Redis命令。
*   改善伺服器的平行處理能力，以支援多個客戶端的同時連線。

總之，本章節介紹了使用Rust開發類別Redis伺服器的初始步驟，包括處理TCP串流、測試、記憶體安全、以及回應多個PING命令等關鍵技術。透過這些技術的實踐，我們能夠建立一個基本可用的伺服器，並為未來的擴充套件奠定堅實的基礎。