mux源码解读

mux简介

go语言中一个强大的web路由，在这里我准备理解其原理后实现一个python版的mux，同时也为了进一步学习go。

0x01 Router浅析

首先我们从一个简单的demo入手，来追踪mux的内部实现原理。新建一个main.go到go的工作目录下。

package main

import (
"github.com/gorilla/mux"
"log"
"net/http"
  )

func YourHandler(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
      w.Write([]byte("Gorilla!\n"))
}

func HomeHandler(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
    w.Write([]byte("hello Golang!\n"))
}

func main() {
    r := mux.NewRouter()
// Routes consist of a path and a handler function.
    r.Path("/").HandlerFunc(HomeHandler)
    r.Path("/articles/{category}/{id:[0-9]+}").
    HandlerFunc(YourHandler).
    Name("article")

// Bind to a port and pass our router in
    log.Fatal(http.ListenAndServe(":8000", r))
}

从demo中可以看出，先简单的调用NewRouter方法实例化Router，默认KeepContext为False，暂时猜测KeepContext应该跟keepalive选项有关。
接下来调用Path方法，为Router简单的新建一个Route。函数实现是，NewRoute方法返回的是一个Route对象，然后再调用Route对象的Path方法，

func (r *Router) Path(tpl string) *Route {
    return r.NewRoute().Path(tpl)
}

0x02 Route的实现

NewRoute的函数实现如下，在Router中新建的每一条Route都是从Router中继承一些选项的，如strctSlash，这样比较方便支持多Router。

func (r *Router) NewRoute() *Route {
    route := &Route{parent: r, strictSlash: r.strictSlash, skipClean: r.skipClean, useEncodedPath: r.useEncodedPath}
    r.routes = append(r.routes, route)
    return route
}

Route的Path方法只是简单的调用addRegexpMatcher方法，给Route增加一个Match，实现如下：

func (r *Route) Path(tpl string) *Route {
    r.err = r.addRegexpMatcher(tpl, false, false, false)
    return r
}

0x03 routeRegexp原理

addRegexpMatcher方法是Route对象的比较核心的部分，r.getRegexpGroup()方法和继承父路由中的routeRegexpGroup或者新建一个空的routeRegexpGroup。接下来是调用newRouteRegexp方法，根据request生成一个routeRegexp，最后再把生成的routeRegexp追加到Route的matchers中，所以我们现在可以知道Route中的matchers对应的是一个routeRegexp。addRegexpMatcher函数实现如下：

func (r *Route) addRegexpMatcher(tpl string, matchHost, matchPrefix, matchQuery bool) error {
    if r.err != nil {
        return r.err
    }
    r.regexp = r.getRegexpGroup()
    if !matchHost && !matchQuery {
        if len(tpl) == 0 || tpl[0] != '/' {
            return fmt.Errorf("mux: path must start with a slash, got %q", tpl)
        }
        if r.regexp.path != nil {
            tpl = strings.TrimRight(r.regexp.path.template, "/") + tpl
        }
    }
    rr, err := newRouteRegexp(tpl, matchHost, matchPrefix, matchQuery, r.strictSlash, r.useEncodedPath)
    if err != nil {
        return err
    }
    for _, q := range r.regexp.queries {
        if err = uniqueVars(rr.varsN, q.varsN); err != nil {
            return err
        }
    }
    if matchHost {
        if r.regexp.path != nil {
            if err = uniqueVars(rr.varsN, r.regexp.path.varsN); err != nil {
                return err
            }
        }
        r.regexp.host = rr
    } else {
        if r.regexp.host != nil {
            if err = uniqueVars(rr.varsN, r.regexp.host.varsN); err != nil {
                return err
            }
        }
        if matchQuery {
            r.regexp.queries = append(r.regexp.queries, rr)
        } else {
            r.regexp.path = rr
        }
    }
    r.addMatcher(rr)
    return nil
}

newRouteRegexp对象是Route对象的重中之重。函数实现和注释如下：

func newRouteRegexp(tpl string, matchHost, matchPrefix, matchQuery, strictSlash, useEncodedPath bool) (*routeRegexp, error) {
    // Check if it is well-formed.
    idxs, errBraces := braceIndices(tpl)   //获取大括号在tpl的下标
    if errBraces != nil {
        return nil, errBraces
    }
    // Backup the original.
    template := tpl
    // Now let's parse it.
    defaultPattern := "[^/]+"
    if matchQuery {
        defaultPattern = "[^?&]*"
    } else if matchHost {
        defaultPattern = "[^.]+"
        matchPrefix = false
    }
    // Only match strict slash if not matching
    if matchPrefix || matchHost || matchQuery {
        strictSlash = false
    }
    // Set a flag for strictSlash.
    endSlash := false
    if strictSlash && strings.HasSuffix(tpl, "/") {
        tpl = tpl[:len(tpl)-1]
        endSlash = true
    }
    varsN := make([]string, len(idxs)/2)
    varsR := make([]*regexp.Regexp, len(idxs)/2)
    pattern := bytes.NewBufferString("")
    pattern.WriteByte('^')
    reverse := bytes.NewBufferString("")
    var end int
    var err error
    for i := 0; i < len(idxs); i += 2 {
        // Set all values we are interested in.
        raw := tpl[end:idxs[i]]     // 没有匹配到变量的字符串，如demo中的 articles
        end = idxs[i+1]
        parts := strings.SplitN(tpl[idxs[i]+1:end-1], ":", 2)    //把如 id:[0-9]+ 这样的字符串根据:切分，id赋给name, [0-9]+赋给patt
        name := parts[0]
        patt := defaultPattern
        if len(parts) == 2 {
            patt = parts[1]
        }
        // Name or pattern can't be empty.
        if name == "" || patt == "" {
            return nil, fmt.Errorf("mux: missing name or pattern in %q",
                tpl[idxs[i]:end])
        }
        // Build the regexp pattern.
                    //格式化成如下形式 articles/(?P<v0>[^/]+)/(?P<v0>[0-9]+)
        fmt.Fprintf(pattern, "%s(?P<%s>%s)", regexp.QuoteMeta(raw), varGroupName(i/2), patt)

        // Build the reverse template.
        fmt.Fprintf(reverse, "%s%%s", raw)

        // Append variable name and compiled pattern.
        varsN[i/2] = name
        varsR[i/2], err = regexp.Compile(fmt.Sprintf("^%s$", patt))
        if err != nil {
            return nil, err
        }
    }
    // Add the remaining.
    raw := tpl[end:]
    pattern.WriteString(regexp.QuoteMeta(raw))
    if strictSlash {
        pattern.WriteString("[/]?")
    }
    if matchQuery {
        // Add the default pattern if the query value is empty
        if queryVal := strings.SplitN(template, "=", 2)[1]; queryVal == "" {
            pattern.WriteString(defaultPattern)
        }
    }
    if !matchPrefix {
        pattern.WriteByte('$')
    }
    reverse.WriteString(raw)
    if endSlash {
        reverse.WriteByte('/')
    }
    // Compile full regexp.
    reg, errCompile := regexp.Compile(pattern.String())
    if errCompile != nil {
        return nil, errCompile
    }
    // Done!
    return &routeRegexp{
        template:       template,
        matchHost:      matchHost,
        matchQuery:     matchQuery,
        strictSlash:    strictSlash,
        useEncodedPath: useEncodedPath,
        regexp:         reg,
        reverse:        reverse.String(),
        varsN:          varsN,
        varsR:          varsR,
    }, nil
}

Route中HandlerFunc的作用

HandlerFunc是Route对象的方法，可以给一条Route注册一个回调函数。HandlerFunc函数实现是

func (r *Route) HandlerFunc(f func(http.ResponseWriter, *http.Request)) *Route {
    return r.Handler(http.HandlerFunc(f))
}

在r.Handler(http.HandlerFunc(f))中， 再次调用了 Route的 Handler函数, 其中http.HandlerFunc是一个类型。官网文档是这样写的，可以看出，对自定义的回调函数是需要进行这种转换的。

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.

ListenAndServe启动服务

注册完单条路由后，就开始处理http请求啦。

http.ListenAndServe(":8000", r)

其函数签名是，

func ListenAndServe(addr string, handler Handler) error

而Handler是一个接口，它定义了ServeHTTP方法，而我们在ListenAndServe中把Router的一个实例传进去了。所以在这里会调用Router的ServeHTTP方法

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

ServeHTTP实现如下

func (r *Router) ServeHTTP(w http.ResponseWriter, req *http.Request) {

if !r.skipClean {
    path := req.URL.Path
    if r.useEncodedPath {
        path = getPath(req)
    }
    // Clean path to canonical form and redirect.
    if p := cleanPath(path); p != path {

        // Added 3 lines (Philip Schlump) - It was dropping the query string and #whatever from query.
        // This matches with fix in go 1.2 r.c. 4 for same problem.  Go Issue:
        // http://code.google.com/p/go/issues/detail?id=5252
        url := *req.URL
        url.Path = p
        p = url.String()

        w.Header().Set("Location", p)
        w.WriteHeader(http.StatusMovedPermanently)
        return
    }
}
var match RouteMatch
var handler http.Handler
if r.Match(req, &match) {
    handler = match.Handler
    req = setVars(req, match.Vars)
    req = setCurrentRoute(req, match.Route)
}
if handler == nil {
    handler = http.NotFoundHandler()
}
if !r.KeepContext {
    defer contextClear(req)
}
handler.ServeHTTP(w, req)
}

其中skipClean， useEncodedPath默认为false。核心部分是从 r.Match(req, &match)开始的，Match方法定义如下，首先会遍历Router中的所有路由route的Match方法，如有匹配到，则直接返回，否则返回NotFoundHandler。

func (r *Router) Match(req *http.Request, match *RouteMatch) bool {
for _, route := range r.routes {
    if route.Match(req, match) {
        return true
    }
}

// Closest match for a router (includes sub-routers)
if r.NotFoundHandler != nil {
    match.Handler = r.NotFoundHandler
    return true
}
return false
}

注意到Match的函数签名中的req和match都是指针，而这个match是从ServeHTTP方法传过来的。

Match(req *http.Request, match *RouteMatch) bool

Route的Match方法定义如下

func (r *Route) Match(req *http.Request, match *RouteMatch) bool {
    if r.buildOnly || r.err != nil {
        return false
    }
    // Match everything.
    for _, m := range r.matchers {

        if matched := m.Match(req, match); !matched {
            return false
        }
    }
    // Yay, we have a match. Let's collect some info about it.
    if match.Route == nil {
        match.Route = r
    }
    if match.Handler == nil {
        match.Handler = r.handler
    }
    if match.Vars == nil {
        match.Vars = make(map[string]string)
    }
    // Set variables.
    if r.regexp != nil {
        r.regexp.setMatch(req, match, r)
    }
    return true
}

核心部分是再次遍历Route的matchers，而matchers从哪里来呢？

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