golang httpserver 源码分析

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1 http server端

package main

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

func sayHello(w http.ResponseWriter,r *http.Request){
   w.Write([]byte("hello world"))
}

var addr  = "0.0.0.0:9090"
func main() {
   // 创建路由器
   mux := http.NewServeMux()

   // 注册路由
   mux.HandleFunc("/test",sayHello)

   server := &http.Server{
      Addr: addr,
      WriteTimeout: time.Second * 3,
      Handler: mux,
   }

   log.Println("Start to serve at : ",addr)
   //启动服务
   if err := server.ListenAndServe();err !=nil{
      log.Fatal("Failed to start http server,err:",err)
   }
}


1.1 http server 源码分析

关键步骤:

注册路由

启动服务

连接处理


1.2 http server 源码走读

1.2.1 注册路由

// NewServeMux allocates and returns a new ServeMux.
func NewServeMux() *ServeMux { return new(ServeMux) }


ServeMux 结构体

type ServeMux struct {
   mu    sync.RWMutex
   m     map[string]muxEntry
   es    []muxEntry // slice of entries sorted from longest to shortest.
   hosts bool       // whether any patterns contain hostnames
}


muxEntry结构体

type muxEntry struct {
   h       Handler
   pattern string
}


Handler : 实现ServerHTTP接口的方法

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


// 注册handler

// The HandlerFunc type is an adapter to allow the use of
// ordinary functions as HTTP handlers. If f is a function
// with the appropriate signature, HandlerFunc(f) is a
// Handler that calls f.
type HandlerFunc func(ResponseWriter, *Request)

// HandleFunc registers the handler function for the given pattern.
func (mux *ServeMux) HandleFunc(pattern string, handler func(ResponseWriter, *Request)) {
   if handler == nil {
      panic("http: nil handler")
   }
   mux.Handle(pattern, HandlerFunc(handler))
}


路由注册具体实现

// Handle registers the handler for the given pattern.
// If a handler already exists for pattern, Handle panics.
func (mux *ServeMux) Handle(pattern string, handler Handler) {
   mux.mu.Lock()
   defer mux.mu.Unlock()

   // 检查pattern 、handler是否不为空,且pattern 是否已注册过
   if pattern == "" {
      panic("http: invalid pattern")
   }
   if handler == nil {
      panic("http: nil handler")
   }
   if _, exist := mux.m[pattern]; exist {
      panic("http: multiple registrations for " + pattern)
   }

   // 初始化mux.m  map[string]muxEntry
   if mux.m == nil {
      mux.m = make(map[string]muxEntry)
   }
   e := muxEntry{h: handler, pattern: pattern}
   
   // map key为pattern,value 为muxEntry
   mux.m[pattern] = e
   if pattern[len(pattern)-1] == '/' {
      mux.es = appendSorted(mux.es, e)
   }

   if pattern[0] != '/' {
      mux.hosts = true
   }
}


因此,注册路由实际上就是构造一个map[pattern] = muxEntry


1.2.2 启动服务

// ListenAndServe listens on the TCP network address srv.Addr and then
// calls Serve to handle requests on incoming connections.
// Accepted connections are configured to enable TCP keep-alives.
//
// If srv.Addr is blank, ":http" is used.
//
// ListenAndServe always returns a non-nil error. After Shutdown or Close,
// the returned error is ErrServerClosed.
func (srv *Server) ListenAndServe() error {
   if srv.shuttingDown() {
      return ErrServerClosed
   }
   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)})
}
func (srv *Server) Serve(l net.Listener) error {
    ......
    l = &onceCloseListener{Listener: l}
    defer l.Close()
    ......
    var tempDelay time.Duration     // how long to sleep on accept failure
    
    for {
      // 建立socket 拿到conn
      rw, e := l.Accept()
      
      if e != nil {
         // 接收关闭服务器信号
         select {
         case <-srv.getDoneChan():
            return ErrServerClosed
         default:
         }
         ......
      }
      tempDelay = 0
      // 包装一个conn结构体
      c := srv.newConn(rw)
      c.setState(c.rwc, StateNew) // before Serve can return
      go c.serve(ctx)
   }
}


conn 结构体

// A conn represents the server side of an HTTP connection.
type conn struct {
   server *Server
   
   rwc net.Conn  
   remoteAddr string

   r *connReader
   bufr *bufio.Reader
   bufw *bufio.Writer

   mu sync.Mutex

}


1.2.3 处理连接

// ServeHTTP dispatches the request to the handler whose
// pattern most closely matches the request URL.
func (mux *ServeMux) ServeHTTP(w ResponseWriter, r *Request) {
   if r.RequestURI == "*" {
      if r.ProtoAtLeast(1, 1) {
         w.Header().Set("Connection", "close")
      }
      w.WriteHeader(StatusBadRequest)
      return
   }
   h, _ := mux.Handler(r)
   h.ServeHTTP(w, r)
}
func (mux *ServeMux) Handler(r *Request) (h Handler, pattern string) {

   // CONNECT requests are not canonicalized.
   if r.Method == "CONNECT" {
      // If r.URL.Path is /tree and its handler is not registered,
      // the /tree -> /tree/ redirect applies to CONNECT requests
      // but the path canonicalization does not.
      if u, ok := mux.redirectToPathSlash(r.URL.Host, r.URL.Path, r.URL); ok {
         return RedirectHandler(u.String(), StatusMovedPermanently), u.Path
      }

      return mux.handler(r.Host, r.URL.Path)
   }

   // All other requests have any port stripped and path cleaned
   // before passing to mux.handler.
   host := stripHostPort(r.Host)
   path := cleanPath(r.URL.Path)

   // If the given path is /tree and its handler is not registered,
   // redirect for /tree/.
   if u, ok := mux.redirectToPathSlash(host, path, r.URL); ok {
      return RedirectHandler(u.String(), StatusMovedPermanently), u.Path
   }

   if path != r.URL.Path {
      _, pattern = mux.handler(host, path)
      url := *r.URL
      url.Path = path
      return RedirectHandler(url.String(), StatusMovedPermanently), pattern
   }

   return mux.handler(host, r.URL.Path)
}


// handler is the main implementation of Handler.
// The path is known to be in canonical form, except for CONNECT methods.
func (mux *ServeMux) handler(host, path string) (h Handler, pattern string) {
   mux.mu.RLock()
   defer mux.mu.RUnlock()

   // Host-specific pattern takes precedence over generic ones
   if mux.hosts {
      h, pattern = mux.match(host + path)
   }
   if h == nil {
      h, pattern = mux.match(path)
   }
   if h == nil {
      h, pattern = NotFoundHandler(), ""
   }
   return
}


match 第一步注册路由时构建的map

// Find a handler on a handler map given a path string.
// Most-specific (longest) pattern wins.
func (mux *ServeMux) match(path string) (h Handler, pattern string) {
   // Check for exact match first.
   v, ok := mux.m[path]
   if ok {
      return v.h, v.pattern
   }

   // Check for longest valid match.  mux.es contains all patterns
   // that end in / sorted from longest to shortest.
   for _, e := range mux.es {
      if strings.HasPrefix(path, e.pattern) {
         return e.h, e.pattern
      }
   }
   return nil, ""
}


主要逻辑如下:

mux.ServerHttp  ->  mux.Handler(r) ->  mux.handler(host, r.URL.Path) ->  mux.match()


获取到h Handler 之后一步步返回,最终调用h.ServeHTTP(w,r) ,也就相当于调用了第一步注册路由时指定的mux 中的ServeHTTP方法


2. http client端

package main

import (
   "fmt"
   "io/ioutil"
   "log"
   "net"
   "net/http"
   "time"
)

func main() {
   // 创建连接池
   transport := &http.Transport{
      DialContext: (&net.Dialer{
         Timeout: time.Second * 30,  // 连接超时时间
         KeepAlive: time.Second * 30,  // 探活时间
      }).DialContext,
      MaxIdleConns: 100,                //最大空闲连接
      IdleConnTimeout: time.Second * 90, //空闲超时时间
      TLSHandshakeTimeout: time.Second * 10, //tls握手超时时间
      ExpectContinueTimeout: time.Second * 1,  //100-continue状态码超时时间
   }

   // 创建客户端
   client := &http.Client{
      Transport:transport,  
      Timeout: time.Second * 30, //请求超时时间
   }

   var url = "http://127.0.0.1:9090/test"
   
   // 请求数据
   resp,err := client.Get(url)
   defer resp.Body.Close()
   if err != nil {
      log.Fatalf("GET %s failed.",url)
   }
   
   // 读取并打印内容
   data,err := ioutil.ReadAll(resp.Body)
   if err != nil {
      log.Fatal("Read content failed,err:",err)
   }
   fmt.Println("Data : ",string(data))

   }


2.1 http client 源码分析

主要结构体

type Client struct {
   // Transport specifies the mechanism by which individual
   // HTTP requests are made.
   // If nil, DefaultTransport is used.
   Transport RoundTripper

   CheckRedirect func(req *Request, via []*Request) error

   Jar CookieJar

   // Timeout specifies a time limit for requests made by this
   // Client. The timeout includes connection time, any
   // redirects, and reading the response body. The timer remains
   // running after Get, Head, Post, or Do return and will
   // interrupt reading of the Response.Body.
   //
   // A Timeout of zero means no timeout.
   Timeout time.Duration
}
// RoundTripper is an interface representing the ability to execute a
// single HTTP transaction, obtaining the Response for a given Request.
//
// A RoundTripper must be safe for concurrent use by multiple
// goroutines.

type RoundTripper interface {
   // RoundTrip executes a single HTTP transaction, returning
   // a Response for the provided Request.
   RoundTrip(*Request) (*Response, error)
}
type Request struct {
   Method string
   URL *url.URL
   Proto      string // "HTTP/1.0"
   Header Header
   Body io.ReadCloser
   GetBody func() (io.ReadCloser, error)
   ContentLength int64
   TransferEncoding []string
   Close bool
   Host string
   Form url.Values
   PostForm url.Values
   MultipartForm *multipart.Form
   RemoteAddr string
   RequestURI string
   TLS *tls.ConnectionState
   Cancel <-chan struct{}
   Response *Response
   ctx context.Context
}


主要处理流程

httpclient.png


2.2 http client 源码走读

2.2.1 client.Get

func (c *Client) Get(url string) (resp *Response, err error) {
   req, err := NewRequest("GET", url, nil)
   if err != nil {
      return nil, err
   }
   return c.Do(req)
}
func (c *Client) Do(req *Request) (*Response, error) {
   return c.do(req)
}
func (c *Client) do(req *Request) (retres *Response, reterr error) {
   ......
   var (
      deadline      = c.deadline()
      reqs          []*Request
      resp          *Response
      copyHeaders   = c.makeHeadersCopier(req)
      reqBodyClosed = false // have we closed the current req.Body?

      // Redirect behavior:
      redirectMethod string
      includeBody    bool
   )
   
      reqs = append(reqs, req)
      var err error
      var didTimeout func() bool
      if resp, didTimeout, err = c.send(req, deadline); err != nil {
         // c.send() always closes req.Body
        ......
      }
    ......
}
// didTimeout is non-nil only if err != nil.
func (c *Client) send(req *Request, deadline time.Time) (resp *Response, didTimeout func() bool, err error) {
   ......
   resp, didTimeout, err = send(req, c.transport(), deadline)
   ......
   return resp, nil, nil
}
// send issues an HTTP request.
// Caller should close resp.Body when done reading from it.
func send(ireq *Request, rt RoundTripper, deadline time.Time) (resp *Response, didTimeout func() bool, err error) {
   req := ireq // req is either the original request, or a modified fork
   ......
   resp, err = rt.RoundTrip(req)
   ......
   return resp, nil, nil
}


2.2.2 连接处理roundTrip()

2.2.2.1 主要逻辑

roundTrip连接处理.png

// roundTrip implements a RoundTripper over HTTP.
func (t *Transport) roundTrip(req *Request) (*Response, error) {
   ......

   for {
     
      // Get the cached or newly-created connection to either the
      // host (for http or https), the http proxy, or the http proxy
      // pre-CONNECTed to https server. In any case, we'll be ready
      // to send it requests.
      pconn, err := t.getConn(treq, cm)
      ......
      var resp *Response
      if pconn.alt != nil {
         // HTTP/2 path.
         t.decHostConnCount(cm.key()) // don't count cached http2 conns toward conns per host
         t.setReqCanceler(req, nil)   // not cancelable with CancelRequest
         resp, err = pconn.alt.RoundTrip(req)
      } else {
         resp, err = pconn.roundTrip(treq)   // 拿到持久化连接后调用该方法
      }
      ......
   }
}


获取空闲连接

func (t *Transport) getConn(treq *transportRequest, cm connectMethod) (*persistConn, error) {
   // 获取空闲连接
   if pc, idleSince := t.getIdleConn(cm); pc != nil {
      // set request canceler to some non-nil function so we
      // can detect whether it was cleared between now and when
      // we enter roundTrip
      t.setReqCanceler(req, func(error) {})
      return pc, nil
   }
   
   ......

   handlePendingDial := func() {
      testHookPrePendingDial()
      go func() {
         if v := <-dialc; v.err == nil {
            t.putOrCloseIdleConn(v.pc)
         } else {
            t.decHostConnCount(cmKey)
         }
         testHookPostPendingDial()
      }()
   }

   cancelc := make(chan error, 1)
   t.setReqCanceler(req, func(err error) { cancelc <- err })
   
   if t.MaxConnsPerHost > 0 {
      select {
      case <-t.incHostConnCount(cmKey):      // 确认每个主机是否有限制

      case pc := <-t.getIdleConnCh(cm):       // 等待释放的空闲连接
         if trace != nil && trace.GotConn != nil {
            trace.GotConn(httptrace.GotConnInfo{Conn: pc.conn, Reused: pc.isReused()})
         }
         return pc, nil
      case <-req.Cancel:   // 监听取消事件
         return nil, errRequestCanceledConn
      case <-req.Context().Done():
         return nil, req.Context().Err()
      case err := <-cancelc:
         if err == errRequestCanceled {
            err = errRequestCanceledConn
         }
         return nil, err
      }
   }

   // 如果获取不到空闲连接,异步创建连接
   go func() {
      pc, err := t.dialConn(ctx, cm)
      dialc <- dialRes{pc, err}
   }()

   idleConnCh := t.getIdleConnCh(cm)
   
   select {
   
   // 新连接创建成功
   case v := <-dialc:
      // Our dial finished.
      if v.pc != nil {
         if trace != nil && trace.GotConn != nil && v.pc.alt == nil {
            trace.GotConn(httptrace.GotConnInfo{Conn: v.pc.conn})
         }
         return v.pc, nil
      }
      // Our dial failed. See why to return a nicer error
      // value.
      t.decHostConnCount(cmKey)
      select {
      case <-req.Cancel:
         // It was an error due to cancelation, so prioritize that
         // error value. (Issue 16049)
         return nil, errRequestCanceledConn
      case <-req.Context().Done():
         return nil, req.Context().Err()
      case err := <-cancelc:
         if err == errRequestCanceled {
            err = errRequestCanceledConn
         }
         return nil, err
      default:
         // It wasn't an error due to cancelation, so
         // return the original error message:
         return nil, v.err
      }
      
   // 获取到空闲连接
   case pc := <-idleConnCh:
      // Another request finished first and its net.Conn
      // became available before our dial. Or somebody
      // else's dial that they didn't use.
      // But our dial is still going, so give it away
      // when it finishes:
      handlePendingDial()
      if trace != nil && trace.GotConn != nil {
         trace.GotConn(httptrace.GotConnInfo{Conn: pc.conn, Reused: pc.isReused()})
      }
      return pc, nil
   case <-req.Cancel:
      handlePendingDial()
      return nil, errRequestCanceledConn
   case <-req.Context().Done():
      handlePendingDial()
      return nil, req.Context().Err()
   case err := <-cancelc:
      handlePendingDial()
      if err == errRequestCanceled {
         err = errRequestCanceledConn
      }
      return nil, err
   }
}


func (t *Transport) dialConn(ctx context.Context, cm connectMethod) (*persistConn, error) {
   pconn := &persistConn{
      t:             t,
      cacheKey:      cm.key(),
      reqch:         make(chan requestAndChan, 1),
      writech:       make(chan writeRequest, 1),
      closech:       make(chan struct{}),
      writeErrCh:    make(chan error, 1),
      writeLoopDone: make(chan struct{}),
   }  
   ...... 
   pconn.br = bufio.NewReader(pconn)
   pconn.bw = bufio.NewWriter(persistConnWriter{pconn})
   go pconn.readLoop()        // 监听pc.reqch   rc := <-pc.reqch
   go pconn.writeLoop()     // 监听writech wr := <-pc.writech
   return pconn, nil
}


func (t *Transport) getIdleConn(cm connectMethod) (pconn *persistConn, idleSince time.Time) {
   key := cm.key()
   t.idleMu.Lock()
   defer t.idleMu.Unlock()
   for {
      pconns, ok := t.idleConn[key]
      if !ok {
         return nil, time.Time{}
      }
      // 只有一个pconn 直接返回
      if len(pconns) == 1 {
         pconn = pconns[0]
         delete(t.idleConn, key)
      } else {
         // LRU 算法获取最后使用的一个pconn
         pconn = pconns[len(pconns)-1]
         t.idleConn[key] = pconns[:len(pconns)-1]
      }
      t.idleLRU.remove(pconn)
      ......
      return pconn, pconn.idleAt
   }
}
type persistConn struct {
   t         *Transport
   cacheKey  connectMethodKey
   conn      net.Conn
   br        *bufio.Reader       // from conn
   bw        *bufio.Writer       // to conn
   reqch     chan requestAndChan // 由 roundTrip写入; 由 readLoop 读取
   writech   chan writeRequest   // 由 roundTrip写入;由 writeLoop 读取
   mu                   sync.Mutex 
 
}



func (pc *persistConn) roundTrip(req *transportRequest) (resp *Response, err error) {
   ......

   // Write the request concurrently with waiting for a response,
   // in case the server decides to reply before reading our full
   // request body.
   startBytesWritten := pc.nwrite
   writeErrCh := make(chan error, 1)
   pc.writech <- writeRequest{req, writeErrCh, continueCh}    //将请求写入到writech

   resc := make(chan responseAndError)
   pc.reqch <- requestAndChan{       // 写pc.reqch
      req:        req.Request,
      ch:         resc,
      addedGzip:  requestedGzip,
      continueCh: continueCh,
      callerGone: gone,
   }

   var respHeaderTimer <-chan time.Time
   cancelChan := req.Request.Cancel
   ctxDoneChan := req.Context().Done()
   for {
      testHookWaitResLoop()
      select {
      case err := <-writeErrCh:
         ......
      case <-pc.closech:
         ......
      case <-respHeaderTimer:
         ......
      case <-cancelChan:
         ......
      case <-ctxDoneChan:
         ......
      }
   }
}




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本文来自:51CTO博客

感谢作者:筑梦攻城狮

查看原文:golang httpserver 源码分析

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