【go語言學習】網絡編程之HTTP

一、go中HTTP服務處理流程

超文本傳輸協議（HTTP，Hyper Text Transfer Protocol)是互聯網上應用最為廣泛的一種網絡傳輸協議，所有的WWW文件都必須遵守這個標準。設計HTTP最初的目的是為了提供一種發布和接收HTML頁面的方法。

HTTP 協議從誕生到現在，發展從1.0，1.1到2.0也不斷在進步。除去細節，理解 HTTP 構建的網絡應用只要關注兩個端——客戶端（client）和服務端（server），兩個端的交互來自 client 的 request，以及server端的response。所謂的http服務器，主要在于如何接受 client 的 request，并向client返回response。接收request的過程中，最重要的莫過于路由（router），即實現一個Multiplexer器。

Go中既可以使用內置的 multiplexer - DefaultServeMux，也可以自定義。Multiplexer路由的目的就是為了找到處理器函數（handler），后者將對request進行處理，同時構建response。

二、構建一個簡單的http服務

代碼示例

package main

import "net/http"

func main() {
    // 1.設置路由
    // 訪問"/",調用indexHandleFunc函數處理
    http.HandleFunc("/", indexHandleFunc)
    // 訪問"/home",調用homeHandleFunc函數處理
    http.HandleFunc("/home", homeHandleFunc)
    // 2.開啟監聽
    http.ListenAndServe(":8080", nil)
}

func indexHandleFunc(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
    w.Write([]byte("index"))
}
func homeHandleFunc(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
    w.Write([]byte("home"))
}

運行程序

訪問http://localhost:8080/，頁面上顯示index
訪問http://localhost:8080/home/，頁面上顯示home

三、深入net/http包理解go語言http

1、http.Server

HTTP 服務器在 Go 語言中是由 http.Server 結構體對象實現的。參考 http.ListenAndServe() 的實現：

// src/net/http/server.go

// ListenAndServe always returns a non-nil error.
func ListenAndServe(addr string, handler Handler) error {
  server := &Server{Addr: addr, Handler: handler}
  return server.ListenAndServe()
}

可見過程是先實例化 Server 對象，再完成 ListenAndServe 。其中 Serve 對象就是表示 HTTP 服務器的對象。其結構如下 ：

// src/net/http/server.go

type Server struct {
    Addr         string        // TCP 監聽地址, 留空為：":http"
    Handler      Handler       // 調用的 handler（路由處理器）, 設為 nil 表示 http.DefaultServeMux
    ReadTimeout  time.Duration // 請求超時時長
    WriteTimeout time.Duration // 響應超時時長
    ...
}

實例化了 Server 對象后，調用其 func (srv *Server) ListenAndServe() error 方法。該方法會監聽 srv.Addr 指定的 TCP 地址，并通過 func (srv *Server) Serve(l net.Listener) error 方法接收瀏覽器端連接請求。Serve 方法會接收監聽器 l 收到的每一個連接，并為每一個連接創建一個新的服務協程goroutine。

該 go 協程會讀取請求，然后調用 srv.Handler 處理并響應。srv.Handler 通常會是 nil，這意味著需要調用 http.DefaultServeMux 來處理請求，這個 DefaultServeMux 是默認的路由，我們使用 http.HandleFunc 就是在 http.DefaultServeMux 上注冊方法。

看一下詳細過程（不完全摘錄go源碼）：

step1:

初始化一個Server結構體實例后， 執行Server.ListenAndServer函數（其中主要調用net.Listen 和 Server.Serve函數）

func (srv *Server) ListenAndServe() error {
    // 調用net.Listen方法啟用監聽
    ln, err := net.Listen("tcp", addr)
    // 調用Server對象的Serve方法，將監聽對象作為參數傳入
    return srv.Serve(ln)
}

step2:

接著進入Server.Serve部分的代碼，看看詳細的處理過程，可以看到主要是在主goroutine中用for循環阻塞，不斷通過Accept函數讀取連接請求，然后調用Server.newConn()函數，創建一個連接實例c，然后每個連接實例啟動一個新的goroutine去執行處理，從這里也能看出， 如果并發請求很高的時候，會創建出海量的goroutine來并發處理請求。

這一步，調用newConn函數，會創建一個conn結構體的連接實例，其中的server成員變量是Server實例，即每個connection實例都保留了指向server的信息。

func (srv *Server) Serve(l net.Listener) error {
    for {
        // 循環讀取連接請求
        rw, err := l.Accept()
        // 創建一個新的連接實例 c := &conn{server: srv, rwc: rw}
        c := srv.newConn(rw)
        // 啟動一個新的goroutine去執行處理
        go c.serve(connCtx)
    }
}

step3

接著進入每個connection處理的goroutine，看具體做了什么工作：先調用connection的readRequest方法構造一個response對象， 然后執行serverHandler{c.server}.ServeHTTP(w, w.req)進行實際的請求處理。

func (c *conn) serve(ctx context.Context) {
    for{
        ...
        // 調用connection的readRequest函數構造一個response對象
        w, err := c.readRequest(ctx)
        ...
        req := w.req
        ...
        // serverHandler{c.server}.ServeHTTP(w, w.req)進行實際的請求處理
        serverHandler{c.server}.ServeHTTP(w, w.req)
    }
}

step4

serverHandler是一個結構體，有一個成員屬性srv *Server，結合step 3可以看出，serverHandler{c.server}.ServeHTTP(w, w.req)就是實例化了一個serverHandler結構體，然后執行其成員方法 ServeHTTP，在ServeHTTP成員方法的定義中，可以看到，主要是調用了初始化server時的Handler成員方法，執行handler.ServeHTTP(rw, req)進行調用。

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)
}
2、http.Handler
// Handler 接口
type Handler interface {
    ServeHTTP(ResponseWriter, *Request)

任何結構體，只要實現了ServeHTTP方法，這個結構就可以稱之為Handler對象。

代碼示例：

package main

import (
    "net/http"
)

type a struct{}

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

func main() {
    // 從go的源碼中可以發現函數的第二個參數是一個Handler對象，a實現了Handler的方法
    // a就可以看做是一個Handler對象傳入。
    http.ListenAndServe(":8080", &a{})
}

運行程序

訪問http://localhost:8080/，頁面上顯示hello world

3、http.HandleFunc

http.HandleFunc注冊路由，從源碼中可以看到，http.HandleFunc的功能是向http包的DefaultServeMux加入新的處理路由。

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

DefaultServeMux 是一個 ServeMux 結構體的實例。

// DefaultServeMux is the default ServeMux used by Serve.
var DefaultServeMux = &defaultServeMux

var defaultServeMux ServeMux
5、http.ServeMux

ServeMux是一個結構體，其中有個m屬性是一個map類型，存放了不同 URL pattern 的處理Handler。同時ServeMux 也實現了 ServeHTTP 函數，是 http.Handler 接口的實現。

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

type muxEntry struct {
    h       Handler
    pattern string
}

// ServeMux實現了Handler接口
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)
}

DefaultServeMux 調用 ServeMux 的 HandleFunc 方法

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

接著調用 ServeMux 的 Handle 方法向 ServeMux 結構體的 m 字段寫入信息 map[pattern] = muxEntry{h: handler, pattern: pattern}。

func (mux *ServeMux) Handle(pattern string, handler Handler) {}

四、go語言http的其他實現方式

1、自定義server

創建一個Server對象，可以設置server的其他參數。

package main

import (
    "net/http"
    "time"
)

type a struct{}

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

func main() {
    // 創建一個新的Server對象
    s := http.Server{
        // 監聽端口
        Addr: "localhost:8080",
        // 處理路由
        Handler: &a{},
        // 設置超時
        ReadTimeout:  5 * time.Second,
        WriteTimeout: 10 * time.Second,
    }
    s.ListenAndServe()
}
2、使用自定義的serveMux
package main

import (
    "net/http"
)

type a struct{}

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

func index(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
    w.Write([]byte("index"))
}
func page(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
    w.Write([]byte("page"))
}

func main() {
    mux := http.NewServeMux()
    // 通過Handle將a這個實現Handler接口的結構體，注冊到map表中
    mux.Handle("/", &a{})
    //通過HandleFunc方法去向mux中handler中注冊處理函數
    //其底層仍然是通過mux.Handle方法實現的
    mux.HandleFunc("/index", index)
    // 直接調用Handle方法去注冊處理函數，
    // 這里的http.HandleFunc 是一個函數類型，這里將page轉換為一個Handler接口的實現
    mux.Handle("/page", http.HandlerFunc(page))
    mux.HandleFunc("/home", func(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
        w.Write([]byte("home"))
    })

    http.ListenAndServe("localhost:8080", mux)
}

五、http的執行過程

1、傳入自己實現Handler接口的對象

http.ListenAndServe("localhost:8080", &a{}) 第二個參數傳入的是自己實現Handler接口的對象，http的server會調用這個對象的 ServeHTTP(w, r) 成員方法，實現 request 和 response

示例代碼：

package main

import (
    "fmt"
    "net/http"
)

type a struct{}

func (*a) ServeHTTP(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
    fmt.Println(r.URL.Path)
    switch r.URL.Path {
    case "/":
        w.Write([]byte("<h1>hello world</h1>"))
    case "/index":
        w.Write([]byte("<h1>index</h1>"))
    case "/home":
        w.Write([]byte(`<div style="color:red;font-size: 20px;">This is home page</div>`))
    default:
        w.Write([]byte(`<h1 style="color:red">404 NOT FOUND</h1>`))
    }
}

func main() {
    http.ListenAndServe("localhost:8080", &a{})
}
2、傳入自定義的ServeMux或默認的DefaultServeMux

http.ListenAndServe("localhost:8080", mux) 第二個參數傳入的是自定義的ServeMux或默認的DefaultServeMux(就是傳入 nil )，http的server會調用ServeMux的 ServeHTTP(w, r) 成員方法，實現 request 和 response ，詳細步驟如下（不完全摘錄go源碼）：

step1:
調用 ServeHTTP（w, r){} 實現 request 和 response ，先調用 mux.Handler(r) 方法返回一個Handler對象，調用其 ServeHTTP(w, r) 方法

func (mux *ServeMux) ServeHTTP(w ResponseWriter, r *Request) {
    h, _ := mux.Handler(r)
    h.ServeHTTP(w, r)
}

step2：在調用 mux.Handler(r *Request) 方法時，是接著調用
mux.handler(host, r.URL.Path) 方法

func (mux *ServeMux) Handler(r *Request) (h Handler, pattern string) {
    return mux.handler(host, r.URL.Path)
}

step3：在調用 mux.handler(host, path string) 方法，是接著調用mux.match(path) 方法

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
}

step4: 在調用 mux.match(path) 方法時，返回 mux.m[path].h 一個Handler對象，其實就是注冊的路由器處理函數，并且和 r.URL.Path 相匹配，返回的 mux.m[path].pattern 就是路由地址 r.URL.Path。

func (mux *ServeMux) match(path string) (h Handler, pattern string) {
    v, ok := mux.m[path]
    if ok {
        return v.h, v.pattern
    }
    return nil, ""
}

step5：回到step1調用 mux.m[path].h 的 ServeHTTP(w, r) 方法。

參考文章
https://my.oschina.net/u/943306/blog/151293
https://studygolang.com/articles/16179

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