http 服务源码分析

2022-04-05 10:43:27

多读go的源码，可以加深对go语言的理解和认知，今天分享一下http相关的源码部分
在不使用第三方库的情况下，我们可以很容易的的用go实现一个http服务，

package main

import (
    "fmt"
    "net/http"
)

func IndexHandler(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
    fmt.Fprintln(w, "hello world ! ")
}

func main() {
    http.HandleFunc("/", IndexHandler)
    if err := http.ListenAndServe(":9100", nil); err != nil {
        panic(err)
    }
}

直接在浏览器里访问9100端口就可以返回 hello world !
go已经把所有的细节封装好了，我们只需要自己去写Handler实现就够了。源码简单来说做了以下几件事：

把我们自定义的Handler方法添加到默认路由DefaultServeMux的Map里比如：http.HandleFunc("/", IndexHandler) (btw: go语言的map是非线程安全的，可以在http源码里看到官方的处理方式)；
启动一个tcp服务监听9100端口，等待http调用；
当监听到有http调用时，启动一个协程来处理这个请求，这个是go的http服务快的一个重要原因，把请求内容转换成http.Request, 把当前连接封装http.RespnseWriter；
默认路由DefaultServeMux根据request的path找到相应的Handler，把 request和 responseWriter传给Handler 进行业务逻辑处理，response响应信息write给客户端；

ServeMux & Handler

http 包的默认路由 DefaultServeMux 是 ServeMux 结构休的实例
http.HandleFunc("/", IndexHandler) 的调用，会把path信息和自定义的方法信息保存到 DefaultServeMux 的 m map[string]muxEntry变量里
我们看一下ServeMux 的定义：

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
}

type muxEntry struct {
    h       Handler
    pattern string
}

ServeMux 中保存了path和Handler 的对应关系，也是路由关系。

Handler

muxEntry 中的 h Handler 对就的就是我们自定义的Handler方法比如，我们自己例子中的方法 func IndexHandler(w http.ResponseWriter, r *http.Request) 细心的同学可能会问 Handler是一个接口，但是我们只是定义了一个方法，这是怎么转换的呢？
接口Halder设置了签名规则，也就是我们自定义的处理方法

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

go语言中所有的自定义类型都可以实现自己的方法，http包是用一个自定义的func来去实现了Handler接口，

type HandlerFunc func(ResponseWriter, *Request)

// ServeHTTP calls f(w, r).
func (f HandlerFunc) ServeHTTP(w ResponseWriter, r *Request) {
    f(w, r)
}

然后在ServerMux的方法HandleFunc处理的时候会把 handler func(ResponseWriter, *Request) 转换成 HandlerFunc，如下所示：

// 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))
}

ServerMux 结构中还有一个读写锁 mu sync.RWMutex mu就是用来处理多线程下map的安全访问的。

查找&调用 Handler

得到自定义的handler方法，就是去map中根据path匹配得到Handler

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
}
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, ""
}

ServeMux 实现了 Handler 接口，也是默认的路由调用的具体规则实现的地方，他的 ServeHTTP 方法处理方式就是得到自定义的handler方法，并调用我们自定义的方法：

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)
}

接口Halder设置了签名规则，也就是我们自定义的处理方法
比如下面的代码，函数IndexHandler就是我们自定义的方法，返回给客户端请求一个 hello world ! 字符串。中间请求是如何调用到我们自定义的方法的具体逻辑都是http包提供的，但是一点也不神秘，

http.HandleFunc("/", IndexHandler)

// IndexHandler 我们自己定义的Handler方法
func IndexHandler(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
    fmt.Fprintln(w, "hello world ! ")
}

type Handler interface {
    ServeHTTP(ResponseWriter, *Request)
}
// 
type HandlerFunc func(ResponseWriter, *Request)
// ServeHTTP calls f(w, r).
func (f HandlerFunc) ServeHTTP(w ResponseWriter, r *Request) {
    f(w, r)
}

http ListenAndServe

说完 ServeMux 是如何结合 Handler 接口，来实现路由和调用后，就要说一下，http服务是如何得到客户端传入的信息，封装requet和rresponse的。
在启动程序的时候http.ListenAndServe, 有两个参数，第一个是指写端口号，第二个是处理逻辑，如果我们没有给定处理逻辑，会使用默认的处理DefaultServeMux

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)
}

ListenAndServe 方法打开tcp端口进行监听，然后把Listener 传给srv.Serve方法

func (srv *Server) ListenAndServe() error {
    // 省略部分代码 ...
    ln, err := net.Listen("tcp", addr)
    if err != nil {
        return err
    }
    return srv.Serve(tcpKeepAliveListener{ln.(*net.TCPListener)})
}

具体要说一下 Service 方法，这个方法中，对监听tcp请求，然后把请求的客户端连接进行封装，

func (srv *Server) Serve(l net.Listener) error {
    // 省略部分代码 ...
    ctx := context.WithValue(baseCtx, ServerContextKey, srv)
    for {
        rw, e := l.Accept()
        // 省略部分代码 ...
        tempDelay = 0
        c := srv.newConn(rw)
        c.setState(c.rwc, StateNew) // before Serve can return
        go c.serve(ctx)
    }
}

把客户端的请求封装成一个Conn，然后启动一个协程go c.serve(ctx)来处理这个连接请求，这就是http包快的一个重要原因,每一个连接就是一个协程。客户端可以先和服务器进行连接，然后利用这个conn来多次发送http请求，这样，就可以减少每次的进行连接而提高一些速度。像一些rpc里就是利用这点去实现的双向的stream流，比如我之前的帖子go微服务框架go-micro深度学习(五) stream 调用过程详解，他就是建立一个tcp连接，然后基于这个conn，发送多个request，返回多次respose数据。

// Serve a new connection.
func (c *conn) serve(ctx context.Context) {
    c.remoteAddr = c.rwc.RemoteAddr().String()
    ctx = context.WithValue(ctx, LocalAddrContextKey, c.rwc.LocalAddr())
    // 省略部分代码 ...
    // 循环读取请求 ...
    for {
        // 读取请求数据，封装response
        w, err := c.readRequest(ctx)
        if c.r.remain != c.server.initialReadLimitSize() {
            // If we read any bytes off the wire, we're active.
            c.setState(c.rwc, StateActive)
        }
        // 省略部分代码 ...
        // 路由调用自定义的方法，把封装好的responseWrite和 request传到方法内
        serverHandler{c.server}.ServeHTTP(w, w.req)
        w.cancelCtx()
        if c.hijacked() {
            return
        }
        w.finishRequest()
        // 省略部分代码 ...
    }
}

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