Golang 中的 http 服务

参考

Golang 构建 HTTP 服务
server.go 源码

HTTP

网络发展，很多网络应用都是构建再 HTTP 服务基础之上。HTTP 协议从诞生到现在，发展从1.0，1.1到2.0也不断再进步。除去细节，理解 HTTP 构建的网络应用只要关注两个端---客户端（clinet）和服务端（server），两个端的交互来自 clinet 的 request，以及 server 端的 response。所谓的 http 服务器，主要在于如何接受 clinet 的 request，并向 client 返回 response。

接收request的过程中，最重要的莫过于路由（router），即实现一个Multiplexer(多路复用器)。Go中既可以使用内置的mutilplexer --- DefautServeMux，也可以自定义。Multiplexer 路由的目的就是为了找到处理器函数（handler），后者将对request进行处理，同时构建response。

Clinet -> Requests ->  [Multiplexer(router) -> handler  -> Response -> Clinet

首先看一个最简单的 http 服务器的实现：

// mini web server
package main

import (
  "fmt"
  "log"
  "net/http"
)

func IndexHandler(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
  fmt.Fprintln(w, "<h1>hello world</h1>")
}

func main()  {
  http.HandleFunc("/", IndexHandler)
  log.Fatal(http.ListenAndServe(":9090", nil))
}

这段程序的作用是在本机的 9090 端口开启一个 web 服务，当访问 http://localhost:9090/ 时，网页会显示 hello world。

我们根据这段程序进行分析，从 main() 函数入手。

HandleFunc 与 Handler

下面是 Handler 接口的定义。可以看出它要求实现 ServeHTTP 方法。

type Handler interface {
        ServeHTTP(ResponseWriter, *Request)
}

handler 用来响应 HTTP 请求，ServeHTTP 方法会将回复的 header 以及 data 都写到 ResponseWriter 中然后返回。如同我们上面的 IndexHandler 做的一样。
但是，一旦完成了 ServeHTTP 调用，我们就不能再读取 Request.Body，也不能再使用 ResponseWrite。
由于 HTTP 客户端，HTTP 协议版本，以及客户端与服务器之间的过程，我们可能在写入 ResponseWrite 之后就立刻无法读取 Request.Body了。因此我们应该首先读取 Request.Body，再回复。
注意，Request 是只读的，不能修改。

// http.HandleFunc
func HandleFunc(pattern string, handler func(ResponseWriter, *Request))

HandleFunc 将 handle function 注册给一个 pattern，就像我们在上面的程序中将 IndexHandler 注册给了根目录 "/"。以后访问根目录就会使用对应 handler 进行处理。具体的如何匹配 pattern 就需要了解 ServeMux 了。

ServeMux

ServeMux 是一个 HTTP 请求的多路复用器。它会将请求的 URL 与已注册的所有 pattern 进行匹配，然后调用最相似的一个。

假设我们要访问以 "/images/thumbnails/" 开始的路径，而现在已经注册了 "/images/" 以及 "/images/thumbnails/" ，那么显然 "/images/thumbnails/" 对应的 handle function 会进行处理。
因此，根目录 "/" 不仅仅能匹配以 "/" 为路径的 URL，当没有其他能匹配的 pattern 时，也会匹配到根目录。

ServeMux 的实现很简单，主要是基于一个字典进行查询。

type ServeMux struct {
    mu    sync.RWMutex
    m     map[string]muxEntry
    hosts bool 
}

type muxEntry struct {
    explicit bool
    h        Handler
    pattern  string
}

Server

现在就只有一行代码还需要分析了。

  log.Fatal(http.ListenAndServe(":9090", nil))

第一个参数是监听的端口。第二个参数是支持一个自定义的 multiplexer，如果为 nil 则用默认的。
在源码中可以找到相关的函数：

1. 建立新的 Server 实例，并设置了地址以及 multiplexer，开始监听和服务。

   func ListenAndServe(addr string, handler Handler) error {
      server := &Server{Addr: addr, Handler: handler}
      return server.ListenAndServe()
   }

2. 监听端口

   func (srv *Server) ListenAndServe() error {
      addr := srv.Addr
      if addr == "" {
          addr = ":http"
      }
      ln, err := net.Listen("tcp", addr)
      if err != nil {
          return err
      }
      return srv.Serve(tcpKeepAliveListener{ln.(*net.TCPListener)})
   }

   核心代码是ln, err := net.Listen("tcp", addr)。

3. 处理新的连接

   func (srv *Server) Serve(l net.Listener) error {
      defer l.Close()
      if fn := testHookServerServe; fn != nil {
          fn(srv, l)
      }
      var tempDelay time.Duration // how long to sleep on accept failure
   
      if err := srv.setupHTTP2_Serve(); err != nil {
          return err
      }
   
      srv.trackListener(l, true)
      defer srv.trackListener(l, false)
   
      baseCtx := context.Background() // base is always background, per Issue 16220
      ctx := context.WithValue(baseCtx, ServerContextKey, srv)
      ctx = context.WithValue(ctx, LocalAddrContextKey, l.Addr())
      for {
          rw, e := l.Accept()
          if e != nil {
              select {
              case <-srv.getDoneChan():
                  return ErrServerClosed
              default:
              }
              if ne, ok := e.(net.Error); ok && ne.Temporary() {
                  if tempDelay == 0 {
                      tempDelay = 5 * time.Millisecond
                  } else {
                      tempDelay *= 2
                  }
                  if max := 1 * time.Second; tempDelay > max {
                      tempDelay = max
                  }
                  srv.logf("http: Accept error: %v; retrying in %v", e, tempDelay)
                  time.Sleep(tempDelay)
                  continue
              }
              return e
          }
          tempDelay = 0
          c := srv.newConn(rw)
          c.setState(c.rwc, StateNew) // before Serve can return
          go c.serve(ctx)
      }
   }

   这里主要开启了一个 for 循环，对于每个新的连接都建立一个 goroutine 处理，体现了高并发思想。

4. 每个连接的处理逻辑
   这个函数就比较长了，暂时不贴代码了。
   做的事主要是：
   • 解析客户端请求
   • 选择 multiplexer，如果是 nil 则使用 DefaultServeMux
   • 使用 multiplexer 找到请求 uri 所对应的 handler
   • 写入 ResponseWriter 并回复给客户端

至此，就理解了 http 服务的工作原理了。

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