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  • Golang Http Server源码阅读

    这篇文章出现的理由是业务上需要创建一个Web Server。创建web是所有语言出现必须实现的功能之一了。在nginx+fastcgi+php广为使用的今天,这里我们不妨使用Go来进行web服务器的搭建。

    前言

    使用Go搭建Web服务器的包有很多,大致有下面几种方法,直接使用net包,使用net.http包,使用第三方包(比如gorilla)。使用net包就需要从tcp层开始封装,耗费人力物力极大,果断舍弃。直接使用封装好的net.http和第三方包才是上策。这里我们就选择了使用官方提供的net.http包来搭建web服务。另外附带一句,gorilla的第三方包现在使用还是非常广的,文档也是比较全的,有兴趣的同学可以考虑使用一下。

     

    建议看这篇文章前先看一下net/http文档 http://golang.org/pkg/net/http/

     

    net.http包里面有很多文件,都是和http协议相关的,比如设置cookie,header等。其中最重要的一个文件就是server.go了,这里我们阅读的就是这个文件。

    几个重要概念

    ResponseWriter: 生成Response的接口

    Handler: 处理请求和生成返回的接口

    ServeMux: 路由,后面会说到ServeMux也是一种Handler

    Conn : 网络连接

     

    具体分析

    (具体的说明直接以注释形式放在代码中)

    几个接口:

    Handler

    type Handler interface {
    	ServeHTTP(ResponseWriter, *Request)  // 具体的逻辑函数
    }

    实现了handler接口的对象就意味着往server端添加了处理请求的逻辑。

    下面是三个接口(ResponseWriter, Flusher, Hijacker):

    ResponseWriter, Flusher, Hijacker

    // ResponseWriter的作用是被Handler调用来组装返回的Response的
    type ResponseWriter interface {
    	// 这个方法返回Response返回的Header供读写
    	Header() Header
    
    	// 这个方法写Response的Body
    	Write([]byte) (int, error)
    	
    	// 这个方法根据HTTP State Code来写Response的Header
    	WriteHeader(int)
    }
    
    // Flusher的作用是被Handler调用来将写缓存中的数据推给客户端
    type Flusher interface {
    	// 这个方法将写缓存中数据推送给客户端
    	Flush()
    }
    
    // Hijacker的作用是被Handler调用来关闭连接的
    type Hijacker interface {
    	// 这个方法让调用者主动管理连接
    	Hijack() (net.Conn, *bufio.ReadWriter, error)
    
    }
     

    response

    实现这三个接口的结构是response(这个结构是http包私有的,在文档中并没有显示,需要去看源码)

    // response包含了所有server端的http返回信息
    type response struct {
    	conn          *conn         // 保存此次HTTP连接的信息
    	req           *Request // 对应请求信息
    	chunking      bool     // 是否使用chunk
    	wroteHeader   bool     // header是否已经执行过写操作
    	wroteContinue bool     // 100 Continue response was written
    	header        Header   // 返回的http的Header
    	written       int64    // Body的字节数
    	contentLength int64    // Content长度
    	status        int      // HTTP状态
    	needSniff     bool     // 是否需要使用sniff。(当没有设置Content-Type的时候,开启sniff能根据HTTP body来确定Content-Type)
    	
    	closeAfterReply bool     //是否保持长链接。如果客户端发送的请求中connection有keep-alive,这个字段就设置为false。
    
    	requestBodyLimitHit bool //是否requestBody太大了(当requestBody太大的时候,response是会返回411状态的,并把连接关闭) 
    
    }

     

    在response中是可以看到

    func (w *response) Header() Header
    func (w *response) WriteHeader(code int)
    func (w *response) Write(data []byte) (n int, err error)
    func (w *response) Flush()
    func (w *response) Hijack() (rwc net.Conn, buf *bufio.ReadWriter, err error)

    这么几个方法。所以说response实现了ResponseWriter,Flusher,Hijacker这三个接口

     

    HandlerFunc

    handlerFunc是经常使用到的一个type

    // 这里将HandlerFunc定义为一个函数类型,因此以后当调用a = HandlerFunc(f)之后, 调用a的ServeHttp实际上就是调用f的对应方法
    type HandlerFunc func(ResponseWriter, *Request)
    
    // ServeHTTP calls f(w, r).
    func (f HandlerFunc) ServeHTTP(w ResponseWriter, r *Request) {
    	f(w, r)
    }

     

    这里需要多回味一下了,这个HandlerFunc定义和ServeHTTP合起来是说明了什么?说明HandlerFunc的所有实例是实现了ServeHttp方法的。另,实现了ServeHttp方法就是什么?实现了接口Handler!

     

    所以你以后会看到很多这样的句子:

    func AdminHandler(w ResponseWriter, r *Request) {
        ...
    }
    handler := HandlerFunc(AdminHandler)
    handler.ServeHttp(w,r)

    请不要讶异,你明明没有写ServeHttp,怎么能调用呢? 实际上调用ServeHttp就是调用AdminHandler。

    好吧,理解这个也花了我较长时间,附带上一个play.google写的一个小例子

    http://play.golang.org/p/nSt_wcjc2u

    有兴趣继续研究的同学可以继续试验下去

     

    如果你理解了HandlerFunc,你对下面两个句子一定不会讶异了

    func NotFound(w ResponseWriter, r *Request) { Error(w, "404 page not found", StatusNotFound) }
    
    func NotFoundHandler() Handler { return HandlerFunc(NotFound) }

     

    下面接着看Server.go

    ServerMux结构

    它就是http包中的路由规则器。你可以在ServerMux中注册你的路由规则,当有请求到来的时候,根据这些路由规则来判断将请求分发到哪个处理器(Handler)。

    它的结构如下:

    type ServeMux struct {
    	mu sync.RWMutex   //锁,由于请求设计到并发处理,因此这里需要一个锁机制
    	m  map[string]muxEntry  // 路由规则,一个string对应一个mux实体,这里的string就是我注册的路由表达式
    }
     

    下面看一下muxEntry

    type muxEntry struct {
    	explicit bool   // 是否精确匹配
    	h        Handler // 这个路由表达式对应哪个handler
    }
     

    看到这两个结构就应该对请求是如何路由的有思路了:

    当一个请求request进来的时候,server会依次根据ServeMux.m中的string(路由表达式)来一个一个匹配,如果找到了可以匹配的muxEntry,就取出muxEntry.h,这是个handler,调用handler中的ServeHTTP(ResponseWriter, *Request)来组装Response,并返回。

    ServeMux定义的方法有:

    func (mux *ServeMux) match(path string) Handler   //根据path获取Handler
    func (mux *ServeMux) handler(r *Request) Handler  //根据Request获取Handler,内部实现调用match
    func (mux *ServeMux) ServeHTTP(w ResponseWriter, r *Request) //!!这个说明,ServeHttp也实现了Handler接口,它实际上也是一个Handler!内部实现调用handler
    func (mux *ServeMux) Handle(pattern string, handler Handler) //注册handler方法
    
    func (mux *ServeMux) HandleFunc(pattern string, handler func(ResponseWriter, *Request))  //注册handler方法(直接使用func注册)

    在godoc文档中经常见到的DefaultServeMux是http默认使用的ServeMux

    var DefaultServeMux = NewServeMux()

    如果我们没有自定义ServeMux,系统默认使用这个ServeMux。

     

    换句话说,http包外层(非ServeMux)中提供的几个方法:

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

    实际上就是调用ServeMux结构内部对应的方法。

     

    Server

    下面还剩下一个Server结构

    type Server struct {
    	Addr           string        // 监听的地址和端口
    	Handler        Handler       // 所有请求需要调用的Handler(实际上这里说是ServeMux更确切)如果为空则设置为DefaultServeMux
    	ReadTimeout    time.Duration // 读的最大Timeout时间
    	WriteTimeout   time.Duration // 写的最大Timeout时间
    	MaxHeaderBytes int           // 请求头的最大长度
    	TLSConfig      *tls.Config   // 配置TLS
    }

    Server提供的方法有:

    func (srv *Server) Serve(l net.Listener) error   //对某个端口进行监听,里面就是调用for进行accept的处理了
    func (srv *Server) ListenAndServe() error  //开启http server服务,内部调用Serve
    func (srv *Server) ListenAndServeTLS(certFile, keyFile string) error //开启https server服务,内部调用Serve

    当然Http包也直接提供了方法供外部使用,实际上内部就是实例化一个Server,然后调用ListenAndServe方法

    func ListenAndServe(addr string, handler Handler) error   //开启Http服务
    func ListenAndServeTLS(addr string, certFile string, keyFile string, handler Handler) error //开启HTTPs服务

    具体例子分析

    下面根据上面的分析,我们对一个例子我们进行阅读。这个例子搭建了一个最简易的Server服务。当调用http://XXXX:12345/hello的时候页面会返回“hello world”

    func HelloServer(w http.ResponseWriter, req *http.Request) {
    	io.WriteString(w, "hello, world!\n")
    }
    
    func main() {
    	http.HandleFunc("/hello", HelloServer)
    	err := http.ListenAndServe(":12345", nil)
    	if err != nil {
    		log.Fatal("ListenAndServe: ", err)
    	}
    
    }

    首先调用Http.HandleFunc

    按顺序做了几件事:

    1 调用了DefaultServerMux的HandleFunc

    2 调用了DefaultServerMux的Handle

    3 往DefaultServeMux的map[string]muxEntry中增加对应的handler和路由规则

     

    其次调用http.ListenAndServe(":12345", nil)

    按顺序做了几件事情:

    1 实例化Server

    2 调用Server的ListenAndServe()

    3 调用net.Listen("tcp", addr)监听端口

    4 启动一个for循环,在循环体中Accept请求

    5 对每个请求实例化一个Conn,并且开启一个goroutine为这个请求进行服务go c.serve()

    6 读取每个请求的内容w, err := c.readRequest()

    7 判断header是否为空,如果没有设置handler(这个例子就没有设置handler),handler就设置为DefaultServeMux

    8 调用handler的ServeHttp

    9 在这个例子中,下面就进入到DefaultServerMux.ServeHttp

    10 根据request选择handler,并且进入到这个handler的ServeHTTP

           mux.handler(r).ServeHTTP(w, r)

    11 选择handler:

        A 判断是否有路由能满足这个request(循环遍历ServerMux的muxEntry)

        B 如果有路由满足,调用这个路由handler的ServeHttp

        C 如果没有路由满足,调用NotFoundHandler的ServeHttp

    后记

    对于net.http包中server的理解是非常重要的。理清serverMux, responseWriter, Handler, HandlerFunc等常用结构和函数是使用go web的重要一步。个人感觉由于go中文档较少,像这样有点复杂的包,看godoc的效果就远不如直接看代码来的快和清晰了。实际上在理解了http包后,才会对godoc中出现的句子有所理解。后续还会写一些文章关于使用net.http构建web server的。请期待之。

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