淺析Go中fasthttp與net/http的性能對(duì)比及應(yīng)用
處理流程對(duì)比
在進(jìn)行了解fasthttp底層代碼實(shí)現(xiàn)之前,我們先對(duì)兩者處理請(qǐng)求的方式進(jìn)行一個(gè)回顧和對(duì)比,了解完兩者的基本的情況之后,再對(duì)fasthttp的實(shí)現(xiàn)最進(jìn)一步分析。
net/http處理流程
在小許文章《圖文講透Golang標(biāo)準(zhǔn)庫(kù) net/http實(shí)現(xiàn)原理 -- 服務(wù)端》中講的比較詳細(xì)了,這里再把大致流程整理以下,整體流程如下:

1. 將路由和對(duì)應(yīng)的handler注冊(cè)到一個(gè) map 中,用做后續(xù)鍵值路由匹配
2. 注冊(cè)完之后就是開(kāi)啟循環(huán)監(jiān)聽(tīng)連接,每獲取到一個(gè)連接就會(huì)創(chuàng)建一個(gè) Goroutine進(jìn)行處理
3. 在創(chuàng)建好的 Goroutine 里面會(huì)循環(huán)的等待接收請(qǐng)求數(shù)據(jù),然后根據(jù)請(qǐng)求的地址去鍵值路由map中匹配對(duì)應(yīng)的handler
4. 執(zhí)行匹配到的處理器handler
net/http 的實(shí)現(xiàn)是一個(gè)連接新建一個(gè) goroutine,如果在連接數(shù)非常多的時(shí)候,,每個(gè)連接都會(huì)創(chuàng)建一個(gè) Goroutine 就會(huì)給系統(tǒng)帶來(lái)一定的壓力。這也就造成了 net/http在處理高并發(fā)時(shí)的瓶頸。
每次來(lái)了一個(gè)連接,都要實(shí)例化一個(gè)連接對(duì)象,這誰(shuí)受得了,哈哈
fasthttp處理流程
再看看fasthttp處理請(qǐng)求的流程:

1. 啟動(dòng)監(jiān)聽(tīng)
2. 循環(huán)監(jiān)聽(tīng)端口獲取連接,建立workerPool
3. 循環(huán)嘗試獲取連接 net.Conn,先會(huì)去 ready 隊(duì)列里獲取 workerChan,獲取不到就會(huì)去對(duì)象池獲取
4. 將獲取到的的連接net.Conn 發(fā)送到 workerChan 的 channel 中
5. 開(kāi)啟一個(gè) Goroutine 一直循環(huán)獲取 workerChan 這個(gè) channel 中的數(shù)據(jù)
6. 獲取到channel中的net.Conn之后就會(huì)對(duì)請(qǐng)求進(jìn)行處理
workerChan 其實(shí)就是一個(gè)連接處理對(duì)象,這個(gè)對(duì)象里面有一個(gè) channel 用來(lái)傳遞連接;每個(gè) workerChan 在后臺(tái)都會(huì)有一個(gè) Goroutine 循環(huán)獲取 channel 中的連接,然后進(jìn)行處理。
workerChan是在workerPool臨時(shí)對(duì)象分別存取
fasthttp為什么快
fasthttp的優(yōu)化主要有以下幾個(gè)點(diǎn):
• 連接復(fù)用,如slice中有可復(fù)用的workerChan就從ready這個(gè)slice中獲取,沒(méi)有可復(fù)用的就在workerChanPool創(chuàng)建一個(gè),萬(wàn)一池子滿了(默認(rèn)是 256 * 1024個(gè))就報(bào)錯(cuò)。
• 對(duì)于內(nèi)存復(fù)用,就是大量使用了sync.Pool(你知道的,sync.Pool復(fù)用對(duì)象有啥好處),有人統(tǒng)計(jì)過(guò),用了整整30個(gè)sync.Pool,context、request對(duì)象、header、response對(duì)象都用了sync.Pool ....
• 利用unsafe.Pointer指針進(jìn)行[]byte 和 string 轉(zhuǎn)換,避免[]byte到string轉(zhuǎn)換時(shí)帶來(lái)的內(nèi)存分配和拷貝帶來(lái)的消耗 。
知道了fasthttp為什么快,接下來(lái)我們看下它是如何處理監(jiān)聽(tīng)處理請(qǐng)求的,在哪些地方用到了這些特性。
底層實(shí)現(xiàn)
簡(jiǎn)單案例
import (
"github.com/buaazp/fasthttprouter"
"github.com/valyala/fasthttp"
"log"
)
func main() {
//創(chuàng)建路由
r := fasthttprouter.New()
r.GET("/", Index)
if err := fasthttp.ListenAndServe(":8083", r.Handler); err != nil {
log.Fatalf("ListenAndServe fatal: %s", err)
}
}
func Index(ctx *fasthttp.RequestCtx) {
ctx.WriteString("hello xiaou code!")
}這個(gè)案例同樣是幾樣代碼就啟動(dòng)了一個(gè)服務(wù)。
創(chuàng)建路由、為不同的路由執(zhí)行關(guān)聯(lián)不同的處理函數(shù)handler,接著跟net/http一樣調(diào)用 ListenAndServe 函數(shù)進(jìn)行啟動(dòng)服務(wù)監(jiān)聽(tīng),等待請(qǐng)求進(jìn)行處理。
workerPool結(jié)構(gòu)
workerpool 對(duì)象表示 連接處理 工作池,這樣可以控制連接建立后的處理方式,而不是像標(biāo)準(zhǔn)庫(kù) net/http 一樣,對(duì)每個(gè)請(qǐng)求連接都啟動(dòng)一個(gè) goroutine 處理, 內(nèi)部的 ready 字段存儲(chǔ)空閑的 workerChan 對(duì)象,workerChanPool 字段表示管理 workerChan 的對(duì)象池。
workerPool結(jié)構(gòu)體如下:
type workerPool struct {
//匹配請(qǐng)求對(duì)應(yīng)的handler
WorkerFunc ServeHandler
//最大同時(shí)處理的請(qǐng)求數(shù)
MaxWorkersCount int
LogAllErrors bool
//最大空閑工作時(shí)間
MaxIdleWorkerDuration time.Duration
Logger Logger
//互斥鎖
lock sync.Mutex
//work數(shù)量
workersCount int
mustStop bool
// 空閑的 workerChan
ready []*workerChan
//是否關(guān)閉workerPool
stopCh chan struct{}
//sync.Pool workerChan 的對(duì)象池
workerChanPool sync.Pool
connState func(net.Conn, ConnState)
}WorkerFunc :這個(gè)屬性挺重要的,因?yàn)榻o它賦值的是Server.serveConn
ready:存儲(chǔ)了空閑的workerChan
workerChanPool:是workerChan 的對(duì)象池,在sync.Pool中存取臨時(shí)對(duì)象,可減少內(nèi)存分配
啟動(dòng)服務(wù)
ListenAndServe是啟動(dòng)服務(wù)監(jiān)聽(tīng)的入口,內(nèi)部的調(diào)用過(guò)程如下:

Server.Serve
Serve方法為來(lái)自給監(jiān)聽(tīng)到的連接提供處理服務(wù),直到超過(guò)了最大限制(256 * 1024)才會(huì)報(bào)錯(cuò)。
func (s *Server) Serve(ln net.Listener) error {
//最大連接處理數(shù)
maxWorkersCount := s.getConcurrency()
s.mu.Lock()
s.ln = append(s.ln, ln)
if s.done == nil {
s.done = make(chan struct{})
}
if s.concurrencyCh == nil {
s.concurrencyCh = make(chan struct{}, maxWorkersCount)
}
s.mu.Unlock()
//workerPool進(jìn)行初始化
wp := &workerPool{
WorkerFunc: s.serveConn,
MaxWorkersCount: maxWorkersCount,
LogAllErrors: s.LogAllErrors,
MaxIdleWorkerDuration: s.MaxIdleWorkerDuration,
Logger: s.logger(),
connState: s.setState,
}
//開(kāi)啟協(xié)程,處理協(xié)程池的清理工作
wp.Start()
atomic.AddInt32(&s.open, 1)
defer atomic.AddInt32(&s.open, -1)
for {
// 阻塞等待,獲取連接net.Conn
if c, err = acceptConn(s, ln, &lastPerIPErrorTime); err != nil {
...
return err
}
s.setState(c, StateNew)
atomic.AddInt32(&s.open, 1)
//處理獲取到的連接net.Conn
if !wp.Serve(c) {
//未能處理,說(shuō)明已達(dá)到最大worker限制
...
}
c = nil
}
}從上面的注釋中我們可以看出 Server 方法主要做了以下幾件事:
1. 初始化 worker Pool,并啟動(dòng)
2. net.Listener循環(huán)接收請(qǐng)求
3. 將接收到的請(qǐng)求交給workerChan 處理
注意:這里如果超過(guò)了設(shè)定的最大連接數(shù)(默認(rèn)是 256 * 1024個(gè))就直接報(bào)錯(cuò)了
Start開(kāi)啟協(xié)程池
workerPool進(jìn)行初始化之后接著就調(diào)用Start開(kāi)啟,這里主要是指定sync.Pool變量workerChanPool的創(chuàng)建函數(shù)。
接著開(kāi)啟一個(gè)協(xié)程,該Goroutine的目的是進(jìn)行定時(shí)清理 workerPool 中的 ready 中保存的空閑 workerChan,清理頻率為每 10s 啟動(dòng)一次。
清理規(guī)則是使用二進(jìn)制搜索算法找出最近可以清理的工作者的索引
func (wp *workerPool) Start() {
//wp的關(guān)閉channel是否為空
if wp.stopCh != nil {
return
}
wp.stopCh = make(chan struct{})
stopCh := wp.stopCh
//指定workerChanPool的創(chuàng)建函數(shù)
wp.workerChanPool.New = func() interface{} {
return &workerChan{
ch: make(chan net.Conn, workerChanCap),
}
}
//開(kāi)啟協(xié)程
go func() {
var scratch []*workerChan
for {
//清理空閑超時(shí)的 workerChan
wp.clean(&scratch)
select {
case <-stopCh:
return
default:
// 間隔10 s
time.Sleep(wp.getMaxIdleWorkerDuration())
}
}
}()
}開(kāi)啟一個(gè)清理Goroutine的目的是為了避免在流量高峰創(chuàng)建了大量協(xié)程,之后不再使用,造成協(xié)程浪費(fèi)。
清理流程是在wp.clean()方法中實(shí)現(xiàn)的。
接收連接
acceptConn函數(shù)通過(guò)調(diào)用net.Listener的accept方法去接受連接,這里獲取連接的方式跟net/http調(diào)用的其實(shí)都是一樣的。
func acceptConn(s *Server, ln net.Listener, lastPerIPErrorTime *time.Time) (net.Conn, error) {
for {
c, err := ln.Accept()
if err != nil {
//err判斷
...
}
//校驗(yàn)是否net.TCPConn連接
// 校驗(yàn)每個(gè)ip對(duì)應(yīng)的連接數(shù)
if s.MaxConnsPerIP > 0 {
pic := wrapPerIPConn(s, c)
if pic == nil {
...
continue
}
c = pic
}
return c, nil
}
}獲取 workerChan
func (wp *workerPool) Serve(c net.Conn) bool {
//獲取 workerChan
ch := wp.getCh()
if ch == nil {
return false
}
//將連接放到channel中
ch.ch <- c
//返回true
return true
}這里調(diào)用的getCh()函數(shù)實(shí)現(xiàn)了獲取workerChan,獲取到之后將之前接受的連接net.Conn放到workerChan結(jié)構(gòu)體的channel通道中。
我們看下workerChan這個(gè)結(jié)構(gòu)體
type workerChan struct {
lastUseTime time.Time
ch chan net.Conn
}lastUseTime:最后一次被使用的時(shí)間,這個(gè)值在進(jìn)行清理workerChan的時(shí)候是會(huì)用到的
ch:用來(lái)傳遞獲取到的連接net.Conn,獲取到連接時(shí)接收,處理請(qǐng)求時(shí)獲取
getCh方法:
func (wp *workerPool) getCh() *workerChan {
var ch *workerChan
createWorker := false
wp.lock.Lock()
//從ready隊(duì)列中拿workerChan
ready := wp.ready
n := len(ready) - 1
if n < 0 {
if wp.workersCount < wp.MaxWorkersCount {
createWorker = true
wp.workersCount++
}
} else {
//ready隊(duì)列不為空,從隊(duì)尾拿workerChan
ch = ready[n]
//隊(duì)尾置為nil
ready[n] = nil
//重新將ready賦值給wp.ready
wp.ready = ready[:n]
}
wp.lock.Unlock()
//ready中獲取不到workerChan,則從對(duì)象池中新建一個(gè)
if ch == nil {
if !createWorker {
return nil
}
vch := wp.workerChanPool.Get()
ch = vch.(*workerChan)
//開(kāi)啟一個(gè)goroutine執(zhí)行
go func() {
//處理ch中channel中的數(shù)據(jù)
wp.workerFunc(ch)
//處理完后將workerChan放回對(duì)象池
wp.workerChanPool.Put(vch)
}()
}
return ch
}
getCh()方法的目的就是獲取workerChan,流程如下:
• 先會(huì)去 ready 空閑隊(duì)列中獲取 workerChan
• ready 獲取不到則從對(duì)象池中創(chuàng)建一個(gè)新的 workerChan
• 并啟動(dòng) Goroutine 用來(lái)處理 channel 中的數(shù)據(jù)
workPool中的ready是一個(gè)FILO的棧,每次從隊(duì)尾取出workChan
處理連接
func (wp *workerPool) workerFunc(ch *workerChan) {
var c net.Conn
var err error
for c = range ch.ch {
//channel的值是nil,退出
if c == nil {
break
}
//執(zhí)行請(qǐng)求,并處理
if err = wp.WorkerFunc(c); err != nil && err != errHijacked {
...
}
...
//將當(dāng)前workerChan放入ready隊(duì)列
if !wp.release(ch) {
break
}
}
wp.lock.Lock()
wp.workersCount--
wp.lock.Unlock()
}執(zhí)行流程
• 先遍歷workerChan的channel,看是否有連接net.Conn
• 獲取到連接之后就執(zhí)行WorkerFunc 函數(shù)處理請(qǐng)求
• 請(qǐng)求處理完之后將當(dāng)前workerChan放入ready隊(duì)列
WorkerFunc 函數(shù)實(shí)際上是 Server 的 serveConn 方法
一開(kāi)始開(kāi)代碼的時(shí)候我還沒(méi)發(fā)現(xiàn)呢,細(xì)看了之后在Server.Serve()啟動(dòng)服務(wù)時(shí)將Server.serveConn()方法賦值給了workerPool的WorkerFunc()。

要想了解實(shí)現(xiàn)的朋友可以搜下這方面的代碼
func (s *Server) ServeConn(c net.Conn) error {
...
err := s.serveConn(c)
...
}里面的代碼會(huì)比較多,不過(guò)里面的流程就是是獲取到請(qǐng)求的參數(shù),找到對(duì)應(yīng)的 handler 進(jìn)行請(qǐng)求處理,然后返回 響應(yīng)給客戶端。
這里的實(shí)現(xiàn)代碼可以看到context、request對(duì)象的sync.Pool實(shí)現(xiàn),這里就不一一貼出來(lái)了。
總結(jié)
fasthttp和net/http在實(shí)現(xiàn)上還是有較大區(qū)別,通過(guò)對(duì)實(shí)現(xiàn)原理的分析,知道了fasthttp速度快是利用了大量sync.Pool對(duì)象復(fù)用 、[]byte 和 string利用萬(wàn)能指針unsafe.Pointer進(jìn)行轉(zhuǎn)換等優(yōu)化技巧。
如果你的業(yè)務(wù)需要支撐較高的 QPS 并且保持一致的低延遲時(shí)間,那么采用 fasthttp 是一個(gè)較好的選擇。不過(guò)net/http兼容性更高,在多數(shù)情況下反而是更好的選擇!
以上就是淺析Go中fasthttp與net/http的性能對(duì)比及應(yīng)用的詳細(xì)內(nèi)容,更多關(guān)于Go fasthttp的資料請(qǐng)關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章!
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