【Golang 源码包分析】01 net/http包

快速搭建 Web 服务器

在Golang仅需要几行代码，便可以建立一个简单的 Web 服务：

package main

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

func main() {
    helloHandler := func(w http.ResponseWriter, req *http.Request) {
        fmt.Fprintf(w, "Hello, world!\n")
    }

    http.HandleFunc("/hello", helloHandler)
    log.Fatal(http.ListenAndServe(":9999", nil))
}

编译运行，如果不出意外的话，访问 http://localhost:9999/hello，你将会在浏览器上看到Hello, world!

当时刚接触到Go的时候，我是很震惊的！！！以前写 PHP，要配 web 服务，还得搭个 Nginx或Apache 服务器呢，配置下监听的接口转发到fastcgi进行处理。Go这么流氓吗，直接几行代码就完事了？是的，Go 就真的很流氓，它直接监听了 TCP 端口。

Web 服务器运转机制

以使用TCP协议通讯的socket为例，socket通信交互流程大概是这样子的

file

我们来看一段代码 net 包开头的一段示例代码

ln, err := net.Listen("tcp", ":8080")
if err != nil {
    // handle error
}
for {
    conn, err := ln.Accept()
    if err != nil {
        // handle error
    }
    go handleConnection(conn)
}

创建 Listen Socket，监听指定端口8080，等待客户端的请求，创建 goroutine 处理请求。

实际上 Go 的 web server 也就是这么个处理逻辑，只是在这多了一些处理逻辑：请求的协议解析，读取客户端提交的数据，路由分配（根据请求分配对应的 handler 处理请求），封装响应数据。

http 包源码分析

还记得快速搭建 web 服务器的时候有行代码：http.ListenAndServe(":9999", nil)，Go 就是通过这个方法来处理上面 端口监听、请求解析、路由分配、响应处理。

1. 端口监听

让我们追进去看看，实际上，初始化一个server对象，调用了 server 的 ListenAndServe 方法。

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

再追进去看看，瞧，这不是嘛 ln, err := net.Listen("tcp", addr) ，用TCP协议搭建了一个服务，监听着我们设置的端口呢。

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(ln)
}

2. 接受请求

是不是有点小兴奋了，让我们再继续追进去看看 srv.Serve(ln)，核心代码片段：

    for {
        // 接受监听器listener的请求
        rw, e := l.Accept()
        if e != nil {
            // 监听是否关闭信号
            select {
            case <-srv.getDoneChan():
                return ErrServerClosed
            default:
            }
        }
            ……
        // 创建新连接
        c := srv.newConn(rw)
        // 再返回之前，设置连接状态
        c.setState(c.rwc, StateNew) // before Serve can return
        // 创建goroutine，真正处理连接
        go c.serve(ctx)
    }

可以看到，这里用了一个死循环 for{} 等待。

  1. 首先通过 listener.Accept 接受请求，是不是跟上面提到的socket的运行机制很像了。
  2. 接着用接受到的请求创建一个新的 Conn，并设置为New状态。
  3. 最后创建 goroutine，真正的处理连接。

知识点：每个请求都会创建一个对应的goroutine去处理，所以各个请求之间是相互不影响的，同时提高并发性能。

3. 读取请求并解析

来，我们再进去 go c.serve(ctx) 看看，忽略一些细节，重点关注关键的流程

for {
        ……
    
        // 读request请求
        w, err := c.readRequest(ctx)
        
        ……
        // 调用业务层定义的路由
        serverHandler{c.server}.ServeHTTP(w, w.req)
        
        ……
        // flush刷io buffer的数据
        w.finishRequest()

readRequest 便是读取数据，解析请求的地方，包括解析请求的header、body，和一些基本的校验，比如header头信息，请求method等。

最后将请求的数据赋值到Request，并初始化Response对象，供业务层调用。

4. 路由分配handler

上面关键流程已经看到了serverHandler{c.server}.ServeHTTP(w, w.req)，这个实际上就是调用最开始在main函数定义的handler，并将处理好的Request、Response对象作为参数传入。

type serverHandler struct {
    srv *Server
}

func (sh serverHandler) ServeHTTP(rw ResponseWriter, req *Request) {
    handler := sh.srv.Handler
    if handler == nil {
        handler = DefaultServeMux
    }
    if req.RequestURI == "*" && req.Method == "OPTIONS" {
        handler = globalOptionsHandler{}
    }
    handler.ServeHTTP(rw, req)
}

还记得吗，我们最上面是这样调用的 http.ListenAndServe(":9999", nil)，第二个参数是nil。

所以，你看在ServeHTTP中，handler = DefaultServeMux，我们使用了默认的路由器，如果 ListenAndServe 不是传nil的话，那就会使用你自己定义的路由器。

我们来看看httprouter的例子，你就会明白了：

package main

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

    "github.com/julienschmidt/httprouter"
)

func Index(w http.ResponseWriter, r *http.Request, _ httprouter.Params) {
    fmt.Fprint(w, "Welcome!\n")
}

func main() {
    router := httprouter.New()
    router.GET("/", Index)

    log.Fatal(http.ListenAndServe(":8080", router))
}

看到了吧，上面router便是自定义的路由器，在走到上面ServerHTTP的时候，便是使用指定的路由器进行路由。

5. 路由分配handler

好了，我们知道了使用默认的路由器（DefaultServeMux），再看看它是怎么根据路径找对应handler的吧~~~

我想你看到这已经累了，请不要轻易离开，学海无涯苦作舟啊~~

路由的过程里面我们只要弄懂下面的三个问题，就知道 Go 自带的路由是怎么运行的了：

  1. 什么时候注册的路由？
  2. 如何根据注册的路由找对应的handler？
  3. 如果没注册路由访问会返回什么？

好，我们首先来看看默认路由器（DefaultServeMux）的结构定义：

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

其中 m 是一个map，用来存储路由pattern与handler的关系；es 是一个slice，将路由按长度从大到小排序存储起来。

匹配规则：首先精确匹配 m 中的pattern；如果在 m 不能精确匹配路径时，会在 es 中找到最接近的路由规则：比如注册了两个路径 /a/b/ /a/ ，当请求URL是 /a/b/c时，会匹配到 /a/b/ 而不是 /a/。

1. 什么时候注册的路由？

还记得吧，在 ListenAndServe 之前，有这么一行代码，http.HandleFunc("/hello", helloHandler)，这个便是在注册路由。来我们把一些检查代码去掉，看看关键代码：

func HandleFunc(pattern string, handler func(ResponseWriter, *Request)) {
    DefaultServeMux.HandleFunc(pattern, handler)
}

func (mux *ServeMux) HandleFunc(pattern string, handler func(ResponseWriter, *Request)) {
    ……
    mux.Handle(pattern, HandlerFunc(handler))
}

func (mux *ServeMux) Handle(pattern string, handler Handler) {
    ……
    e := muxEntry{h: handler, pattern: pattern}
    mux.m[pattern] = e
    if pattern[len(pattern)-1] == '/' {
        mux.es = appendSorted(mux.es, e)
    }

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

看到了吧，这就是把路由表往 ServeMux.m 和 ServeMux.es 写的全过程

2. 如何根据注册的路由找对应的handler？

其实知道怎么写路由表，大概也能猜到是怎么进行找了，无非就是从上面的 m，es 进行匹配。

我们上面从端口监听，接受请求，读取请求并解析，再到路由分配handler，一路追到 handler.ServeHTTP(rw, req)，现在再看看这段代码的实现

// 根据预设的pattern，将request分配最匹配的handler处理
func (mux *ServeMux) ServeHTTP(w ResponseWriter, r *Request) {
    ……
    h, _ := mux.Handler(r)
    h.ServeHTTP(w, r)
}

……

func (mux *ServeMux) handler(host, path string) (h Handler, pattern string) {
    if mux.hosts {
        h, pattern = mux.match(host + path)
    }
    if h == nil {
        h, pattern = mux.match(path)
    }
    if h == nil {
        h, pattern = NotFoundHandler(), ""
    }
    return
}

func (mux *ServeMux) match(path string) (h Handler, pattern string) {
    // 优先查找m表
    v, ok := mux.m[path]
    if ok {
        return v.h, v.pattern
    }

    // 未精确匹配成功，查询es（已排序），路径长的优先匹配
    for _, e := range mux.es {
        if strings.HasPrefix(path, e.pattern) {
            return e.h, e.pattern
        }
    }
    return nil, ""
}

3. 如果没注册路由访问会返回什么？

这个问题其实上面代码已经看到了，Go 内置了一个 NotFoundHandler()，返回 "404 page not found"

好了，我想你看完这个，应该对 Go 如何用几行代码搭建 Web 服务器有了基本了解了吧。

结尾

个人建议，看完这个文章后，自己点进去 Go 的源码包里，我想你会有新收获的。


file

如果有任何疑问或错误可直接留言，我看到会回复的~~

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