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一文詳解Golang中net/http包的實現原理_Golang

作者：1個俗人 ? 更新時間： 2022-09-29 編程語言

前言

Go語言自帶的net/http包提供了HTTP客戶端和服務端的實現，實現一個簡單的http服務非常容易，其自帶了一些列結構和方法來幫助開發者簡化HTTP服務開發的相關流程，因此我們不需要依賴任何第三方組件就能構建并啟動一個高并發的HTTP服務器，net/http包在編寫web應用中有很重要的作用，這篇文章會學習如何用 net/http 自己編寫實現一個 HTTP Server 并探究其實現原理，具體講解Go語言是如何接收和處理請求的，希望能夠對大家的學習或工作具有一定的幫助,需要的朋友可以參考下。

http包執行流程

net/http包的web工作原理大致就是如下四個部分組成了：端口監聽、請求解析、路由分配、響應處理。更加代碼化的說就是：創建 ServerSocket， 綁定并listen，accept連接，創建go協程服務一個連接。

具體流程如下：

  • 服務端創建Listen Socket，綁定并監聽指定的IP地址和端口，等待客戶端請求到來； ListenAndServer(...)
  • 客戶端與Listen Socket連接，確認請求后，客戶端得到Client Socket,客戶端通過這個與Listen Socket 通信；srv.Server(...)
  • 服務端創建一個協程來處理客戶端請求，首先從Client Socket讀取Http請求的協議頭和數據，交給響應的Handler處理，
  • Handler處理完畢后，結果通過Client Socket寫給客戶端。c.server(...)

http包源碼分析

在上面的流程中中，起關鍵作用的函數為http.ListenAndServe，Go就是利用這個方法，實現了web服務中的端口監聽、請求解析、路由分配、響應處理四大功能。

端口監聽

服務器中的http.ListenAndServer()方法啟動服務：

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

生成Server結構體，調用其方法ListenAndServer

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)
}

net.Listen來進行對地址的監聽，返回一個listener,傳遞給server.Server()方法。

func (srv *Server) Serve(l net.Listener) error {
	if fn := testHookServerServe; fn != nil {
		fn(srv, l) // call hook with unwrapped listener
	}

	origListener := l
	l = &onceCloseListener{Listener: l}
	defer l.Close()

	if err := srv.setupHTTP2_Serve(); err != nil {
		return err
	}

	if !srv.trackListener(&l, true) {
		return ErrServerClosed
	}
	defer srv.trackListener(&l, false)

	baseCtx := context.Background()
	if srv.BaseContext != nil {
		baseCtx = srv.BaseContext(origListener)
		if baseCtx == nil {
			panic("BaseContext returned a nil context")
		}
	}

	var tempDelay time.Duration // how long to sleep on accept failure

	ctx := context.WithValue(baseCtx, ServerContextKey, srv)
	for { //循環邏輯，接收請求處理
          //有新的連接
		rw, err := l.Accept()
		if err != nil {
			select {
			case <-srv.getDoneChan():
				return ErrServerClosed
			default:
			}
			if ne, ok := err.(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", err, tempDelay)
				time.Sleep(tempDelay)
				continue
			}
			return err
		}
		connCtx := ctx
		if cc := srv.ConnContext; cc != nil {
			connCtx = cc(connCtx, rw)
			if connCtx == nil {
				panic("ConnContext returned nil")
			}
		}
		tempDelay = 0
        //創建新的連接
		c := srv.newConn(rw)
		c.setState(c.rwc, StateNew) // before Serve can return
        //啟動新的goroutine進行處理
		go c.serve(connCtx)
	}
}

主要進行了兩項工作，一項是在for死循環里面，通過l.Accept()來接受請求返回連接Conn，并處理相關的報錯，根據該連接創建對應的goroutine來執行conn.serve(ctx)，各個請求之間是相互不影響的，提高并發性能。 另一項工作是新建context用于管理這些生成的goroutine，context作為參數被傳入；

請求解析

// Serve a new connection.
func (c *conn) serve(ctx context.Context) {
    // ...
}

函數代碼比較多，就不貼出來了，具體可以到/net/http/server.go文件中查看，其中使用了defer func() {...}()匿名函數來實現錯誤輸入和恢復、連接關閉；

該方法用于服務一個新的連接。首先，通過readRequest來讀取數據，解析請求中的Header、Body和一些校驗。接著，使用serverHandler方法來處理request和response。 主要功能實現是serverHandler{c.server}.ServeHTTP(w, w.req)，其構造serverHandler類型，并調用ServeHTTP方法；值得注意的是，這里不允許服務器同時處理多個請求；

路由分配

使用者注冊一個HandlerFunc，被轉為Handler

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

ServeMux的Handle方法，將會對pattern和Handler做map映射。

handler會創建一個鎖，同時調用match方法返回一個Handler和pattern。

func (mux *ServeMux) Handle(pattern string, handler Handler) {
	mux.mu.Lock()
	defer mux.mu.Unlock()

	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)
	}

	if mux.m == nil {
		mux.m = make(map[string]muxEntry)
	}
	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
	}
}

響應處理

其實就是如何根據路由，找到對應的handler。

在match方法中，對于handler，優先查找m表，若不能找到結果，則在es表中進行匹配，路徑長的優先匹配。

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.
	var n = 0
	for k, v := range mux.m {
		if !pathMatch(k, path) {
			continue
		}
		if h == nil || len(k) > n {
			n = len(k)
			h = v.h
			pattern = v.pattern
		}
	}
	return
}

服務端處理完請求后，處理器可以通過ResponseWriter接口創建HTTP響應，ResponseWriter接口具有如下三個方法：

type ResponseWriter interface {
	Header() Header
	Write([]byte) (int, error)
	WriteHeader(statusCode int)
}

原文鏈接：https://juejin.cn/post/7127535913483108360

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