Go底層之http標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)服務(wù)端實(shí)現(xiàn)原理分析
背景
http協(xié)議的交互框架是C-S架構(gòu),C對(duì)應(yīng)客戶(hù)端模塊,S對(duì)應(yīng)服務(wù)端模塊,接下來(lái)我們就基于Go1.23源碼來(lái)熟悉http標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)中服務(wù)端的實(shí)現(xiàn)。
核心數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
【1】Server對(duì)象
位于net/http/server.go文件,其源碼如下:
type Server struct {
Addr string //服務(wù)器監(jiān)聽(tīng)規(guī)定TCP地址
Handler Handler //處理http請(qǐng)求的處理器。若為nil,使用http.DefaultServeMux
DisableGeneralOptionsHandler bool //若為true,將OPTIONS*請(qǐng)求交給Handler處理,否在自動(dòng)響應(yīng)200 OK
TLSConfig *tls.Config //TLS配置
ReadTimeout time.Duration //讀取整個(gè)請(qǐng)求(含請(qǐng)求體)的最大超時(shí)時(shí)間。若小于等于0,表示無(wú)超時(shí)
ReadHeaderTimeout time.Duration //單獨(dú)讀取請(qǐng)求頭的超時(shí)時(shí)間。若小于等于0,繼承ReadTimeout的值
WriteTimeout time.Duration //寫(xiě)入響應(yīng)的最大超時(shí)時(shí)間。若小于等于0,表示無(wú)超時(shí)
IdleTimeout time.Duration //保持連接空閑的最大時(shí)間(用于keep-Alice)若小于等于0,繼承ReadTimeout的值
MaxHeaderBytes int //請(qǐng)求頭的最大字節(jié)數(shù)。若為0,使用DefaultMaxHeaderBytes
TLSNextProto map[string]func(*Server, *tls.Conn, Handler) //用于處理ALPN協(xié)議升級(jí)
ConnState func(net.Conn, ConnState) //客戶(hù)端連接狀態(tài)變更時(shí)的回調(diào)函數(shù)(如新建、活躍、空閑、關(guān)閉)
ErrorLog *log.Logger //自定義錯(cuò)誤日志記錄器。若為nil,則使用標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)的log包
BaseContext func(net.Listener) context.Context //為每個(gè)請(qǐng)求生成基礎(chǔ)上下文
ConnContext func(ctx context.Context, c net.Conn) context.Context //修改新連接的上下文
inShutdown atomic.Bool //標(biāo)記服務(wù)器是否正在關(guān)閉
disableKeepAlives atomic.Bool //控制是否禁用Keep-Alive
nextProtoOnce sync.Once //確保HTTP/2配置只初始化一次
nextProtoErr error //存儲(chǔ)HTTP/2配置的錯(cuò)誤結(jié)果
mu sync.Mutex //保護(hù)listeners和activceConn
listeners map[*net.Listener]struct{} //當(dāng)前活躍的監(jiān)聽(tīng)器集合
activeConn map[*conn]struct{} //當(dāng)前活躍的連接集合
onShutdown []func() //服務(wù)器關(guān)閉時(shí)執(zhí)行的鉤子函數(shù)
listenerGroup sync.WaitGroup //用于等待所有監(jiān)聽(tīng)器關(guān)閉的同步組
}
【2】Handler對(duì)象
位于net/http/server.go文件,其源碼如下:
/*
Handler接口定義了HTTP請(qǐng)求處理器的標(biāo)準(zhǔn)行為,任何實(shí)現(xiàn)ServerHTTP方法的類(lèi)型都可以處理HTTP請(qǐng)求。
Request:包含HTTP請(qǐng)求的所有信息。
ResponseWriter:用于構(gòu)造HTTP響應(yīng)。
*/
type Handler interface {
ServeHTTP(ResponseWriter, *Request)
}
【3】ServeMux對(duì)象
位于net/http/server.go文件,其源碼如下:
/*
ServeMux是HTTP請(qǐng)求路由器的核心實(shí)現(xiàn),復(fù)雜將不同URL路徑的請(qǐng)求分發(fā)給對(duì)應(yīng)的處理函數(shù)。
其核心作用是通過(guò)內(nèi)部的路由樹(shù)(tree)和索引(index)高效匹配請(qǐng)求路徑,同時(shí)通過(guò)互斥
鎖(mu)保證并發(fā)安全,并兼容舊版本路由邏輯(mux121)。
*/
type ServeMux struct {
mu sync.RWMutex //保護(hù)路由表的并發(fā)安全(注冊(cè)路由時(shí)寫(xiě)鎖,匹配路由時(shí)讀鎖)
tree routingNode //路由前綴樹(shù),存儲(chǔ)URL路徑與處理函數(shù)的映射關(guān)系,支持高效路徑匹配
index routingIndex //路由加速索引,優(yōu)化特定場(chǎng)景的查找性能
patterns []*pattern //兼容舊版本的路由模式列表
mux121 serveMux121 //Go1.21及之前舊版本路由實(shí)現(xiàn)
}
服務(wù)端代碼示例
使用http標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)實(shí)現(xiàn)的一個(gè)簡(jiǎn)單http服務(wù)示例如下:
func main() {
//路由注冊(cè)
http.HandleFunc("POST /xxx", func(writer http.ResponseWriter, request *http.Request) {
writer.Write([]byte("AAA"))
})
//服務(wù)啟用、路由匹配
http.ListenAndServe(":8000", nil)
}
可以看到一個(gè)http服務(wù)端由兩個(gè)部分組成:路由注冊(cè)和服務(wù)啟用,其中服務(wù)啟用內(nèi)部實(shí)現(xiàn)了路由匹配邏輯,接下來(lái)再深究?jī)?nèi)部。
路由注冊(cè)
路由注冊(cè)的入口為http.HandleFunc函數(shù),其源碼如下:
func HandleFunc(pattern string, handler func(ResponseWriter, *Request)) {
if use121 {
//Go1.21及以前版本路由注冊(cè)實(shí)現(xiàn)
DefaultServeMux.mux121.handleFunc(pattern, handler)
} else {
//新版本路由注冊(cè)實(shí)現(xiàn)
DefaultServeMux.register(pattern, HandlerFunc(handler))
}
}
舊版本路由注冊(cè)實(shí)現(xiàn)源碼如下:
func (mux *serveMux121) handleFunc(pattern string, handler func(ResponseWriter, *Request)) {
...
//將路徑和對(duì)應(yīng)的回調(diào)函數(shù)關(guān)聯(lián)起來(lái),具體關(guān)聯(lián)方法不深究
mux.handle(pattern, HandlerFunc(handler))
}
新版本路由注冊(cè)實(shí)現(xiàn)源碼如下:
func (mux *ServeMux) registerErr(patstr string, handler Handler) error {
...
pat, err := parsePattern(patstr)
if err != nil {
return fmt.Errorf("parsing %q: %w", patstr, err)
}
...
//關(guān)聯(lián)路徑和對(duì)應(yīng)的回調(diào)函數(shù)
mux.tree.addPattern(pat, handler)
mux.index.addPattern(pat)
mux.patterns = append(mux.patterns, pat)
return nil
}
舊版本和新版本都會(huì)將對(duì)應(yīng)的回調(diào)函數(shù)轉(zhuǎn)換為http.HandlerFunc類(lèi)型,這是因?yàn)閔ttp.HandlerFunc類(lèi)型實(shí)現(xiàn)了http.Handler接口:
//實(shí)現(xiàn)了Handler接口
type HandlerFunc func(ResponseWriter, *Request)
func (f HandlerFunc) ServeHTTP(w ResponseWriter, r *Request) {
f(w, r)
}
路由匹配
路由匹配的邏輯在服務(wù)啟動(dòng)http.ListenAndServe里,其源碼調(diào)用邏輯鏈路為:
func ListenAndServe(addr string, handler Handler) error {
server := &Server{Addr: addr, Handler: handler}
return server.ListenAndServe()
}
func (srv *Server) ListenAndServe() error {
...
ln, err := net.Listen("tcp", addr)
if err != nil {
return err
}
return srv.Serve(ln)
}
func (srv *Server) Serve(l net.Listener) error {
...
for {
rw, err := l.Accept() //阻塞等待客戶(hù)端連接
...
c := srv.newConn(rw)
c.setState(c.rwc, StateNew, runHooks) // before Serve can return
go c.serve(connCtx) //協(xié)程去響應(yīng)客戶(hù)端連接
}
}
func (c *conn) serve(ctx context.Context) {
...
for {
//讀取客戶(hù)端請(qǐng)求并構(gòu)造響應(yīng)結(jié)構(gòu)體w
w, err := c.readRequest(ctx)
...
//處理并響應(yīng)請(qǐng)求
serverHandler{c.server}.ServeHTTP(w, w.req)
...
}
}
func (sh serverHandler) ServeHTTP(rw ResponseWriter, req *Request) {
handler := sh.srv.Handler
if handler == nil { //未定義handler就使用默認(rèn)的http處理器
handler = DefaultServeMux
}
...
//處理客戶(hù)端請(qǐng)求并響應(yīng)
handler.ServeHTTP(rw, req)
}
//默認(rèn)http處理器實(shí)現(xiàn)的處理客戶(hù)端請(qǐng)求并響應(yīng)的方法
func (mux *ServeMux) ServeHTTP(w ResponseWriter, r *Request) {
...
var h Handler
if use121 { //舊版本根據(jù)請(qǐng)求進(jìn)行路由匹配
h, _ = mux.mux121.findHandler(r)
} else { //新版本根據(jù)請(qǐng)求進(jìn)行路由匹配
h, r.Pattern, r.pat, r.matches = mux.findHandler(r)
}
/*
這里執(zhí)行的是HandlerFunc類(lèi)型的ServeHTTP方法,因?yàn)樵谧?cè)路由時(shí)都將回調(diào)函數(shù)轉(zhuǎn)換為了HandlerFunc類(lèi)型。
type HandlerFunc func(ResponseWriter, *Request)
func (f HandlerFunc) ServeHTTP(w ResponseWriter, r *Request) {
f(w, r)
}
*/
h.ServeHTTP(w, r)
}
總結(jié)
以上為個(gè)人經(jīng)驗(yàn),希望能給大家一個(gè)參考,也希望大家多多支持腳本之家。
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