實(shí)現(xiàn)一個(gè)最簡(jiǎn)單HTTP server需要多少代碼？只需要一行，Python2的python -m SimpleHTTPServer，ruby的ruby -run -e httpd . -p 8888。對(duì)于Golang，實(shí)現(xiàn)一個(gè)最簡(jiǎn)單的http server也用不著幾行，卻能帶來更具殺傷力的性能。

一個(gè)Go最簡(jiǎn)單的http服務(wù)器：

package main

import (
    "fmt"
    "net/http"
)

func IndexHandler(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
    fmt.Fprintln(w, "hello world")
}

func main() {
    http.HandleFunc("/", IndexHandler)
    http.ListenAndServe("127.0.0.0:8000", nil)
}

上述代碼究竟有什么魔法呢？下面將會(huì)解密go的net/http實(shí)現(xiàn)http服務(wù)的原理。學(xué)習(xí)net/http源碼不僅可以學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)編程中常見范式，也是學(xué)習(xí)Golang接口設(shè)計(jì)哲學(xué)。

HTTP

網(wǎng)絡(luò)發(fā)展，很多網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用都是構(gòu)建再 HTTP 服務(wù)基礎(chǔ)之上。HTTP 協(xié)議從誕生到現(xiàn)在，發(fā)展從1.0，1.1到2.0也不斷再進(jìn)步。除去細(xì)節(jié)，理解 HTTP 構(gòu)建的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用只要關(guān)注兩個(gè)端---客戶端（clinet）和服務(wù)端（server），兩個(gè)端的交互來自 clinet 的 request，以及server端的response。所謂的http服務(wù)器，主要在于如何接受 clinet 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(shí)現(xiàn)一個(gè)Multiplexer器。Go中既可以使用內(nèi)置的mutilplexer --- DefautServeMux，也可以自定義。Multiplexer路由的目的就是為了找到處理器函數(shù)（handler），后者將對(duì)request進(jìn)行處理，同時(shí)構(gòu)建response。

簡(jiǎn)單總結(jié)就是這個(gè)流程為：

Clinet -> Requests ->  [Multiplexer(router) -> handler  -> Response -> Clinet

因此，理解go中的http服務(wù)，最重要就是要理解Multiplexer和handler，Golang中的Multiplexer基于ServeMux結(jié)構(gòu)，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了Handler接口。

對(duì)于handler的其實(shí)沒有合適的中文詞語，只可意會(huì)，不可言傳的感覺。為了更好的說明問題，本文約定了如下規(guī)則：

• hander函數(shù)： 具有func(w http.ResponseWriter, r *http.Requests)簽名的函數(shù)

• handler處理器(函數(shù)): 經(jīng)過HandlerFunc結(jié)構(gòu)包裝的handler函數(shù)，它實(shí)現(xiàn)了ServeHTTP接口方法的函數(shù)。調(diào)用handler處理器的ServeHTTP方法時(shí)，即調(diào)用handler函數(shù)本身。

• handler對(duì)象：實(shí)現(xiàn)了Handler接口ServeHTTP方法的結(jié)構(gòu)。

handler處理器和handler對(duì)象的差別在于，一個(gè)是函數(shù)，另外一個(gè)是結(jié)構(gòu)，它們都有實(shí)現(xiàn)了ServeHTTP方法。很多情況下它們的功能類似，下文就使用統(tǒng)稱為handler。這算是Golang通過接口實(shí)現(xiàn)的類動(dòng)態(tài)類型吧。

hander-handler處理器.jpeg

Golang的http處理流程可以用下面一張圖表示，后面內(nèi)容是針對(duì)圖進(jìn)行說明：

go-http.png

Handler

Golang沒有繼承，類多態(tài)的方式可以通過接口實(shí)現(xiàn)。所謂接口則是定義聲明了函數(shù)簽名，任何結(jié)構(gòu)只要實(shí)現(xiàn)了與接口函數(shù)簽名相同的方法，就等同于實(shí)現(xiàn)了接口。go的http服務(wù)都是基于handler進(jìn)行處理。

type Handler interface {
    ServeHTTP(ResponseWriter, *Request)
}

任何結(jié)構(gòu)體，只要實(shí)現(xiàn)了ServeHTTP方法，這個(gè)結(jié)構(gòu)就可以稱之為handler對(duì)象。ServeMux會(huì)使用handler并調(diào)用其ServeHTTP方法處理請(qǐng)求并返回響應(yīng)。

ServeMux

了解了Handler之后，再看ServeMux。ServeMux的源碼很簡(jiǎn)單：

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

type muxEntry struct {
    explicit bool
    h        Handler
    pattern  string
}

ServeMux結(jié)構(gòu)中最重要的字段為m，這是一個(gè)map，key是一些url模式，value是一個(gè)muxEntry結(jié)構(gòu)，后者里定義存儲(chǔ)了具體的url模式和handler。

當(dāng)然，所謂的ServeMux也實(shí)現(xiàn)了ServeHTTP接口，也算是一個(gè)handler，不過ServeMux的ServeHTTP方法不是用來處理request和respone，而是用來找到路由注冊(cè)的handler，后面再做解釋。

Server

除了ServeMux和Handler，還有一個(gè)結(jié)構(gòu)Server需要了解。從http.ListenAndServe的源碼可以看出，它創(chuàng)建了一個(gè)server對(duì)象，并調(diào)用server對(duì)象的ListenAndServe方法：

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

查看server的結(jié)構(gòu)如下：

type Server struct {
    Addr         string        
    Handler      Handler       
    ReadTimeout  time.Duration 
    WriteTimeout time.Duration 
    TLSConfig    *tls.Config   

    MaxHeaderBytes int

    TLSNextProto map[string]func(*Server, *tls.Conn, Handler)

    ConnState func(net.Conn, ConnState)
    ErrorLog *log.Logger
    disableKeepAlives int32     nextProtoOnce     sync.Once 
    nextProtoErr      error     
}

server結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)了服務(wù)器處理請(qǐng)求常見的字段。其中Handler字段也保留Handler接口。如果Server接口沒有提供Handler結(jié)構(gòu)對(duì)象，那么會(huì)使用DefautServeMux做multiplexer，后面再做分析。

創(chuàng)建HTTP服務(wù)

創(chuàng)建一個(gè)http服務(wù)，大致需要經(jīng)歷兩個(gè)過程，首先需要注冊(cè)路由，即提供url模式和handler函數(shù)的映射，其次就是實(shí)例化一個(gè)server對(duì)象，并開啟對(duì)客戶端的監(jiān)聽。

再看gohttp服務(wù)的代碼

http.HandleFunc("/", indexHandler)

即是注冊(cè)路由。

http.ListenAndServe("127.0.0.1:8000", nil)

或者：

server := &Server{Addr: addr, Handler: handler}

server.ListenAndServe()

注冊(cè)路由

閱讀框架源碼是學(xué)習(xí)的好方式，通常閱讀也有兩個(gè)方法，一是不求甚解，框架的主要流程要清晰，別的細(xì)枝末節(jié)，如果尚不能理解作者的用意，可以先忽略，不必馬上深究；其次，庖丁解牛，對(duì)于作者想要表達(dá)的主要流程，一定要明確，執(zhí)行的邏輯和結(jié)構(gòu)。兩者看起來略矛盾，其實(shí)不然。大體而言就是對(duì)主流程要清晰，主流程以外的細(xì)節(jié)需要先忽略。最簡(jiǎn)單實(shí)踐方式就是，看不懂的就先放一邊。直到所有的都看不懂，再回去看以前不懂的部分，搞懂為止。下面就查看http是如何注冊(cè)路由。

net/http包暴露的注冊(cè)路由的api很簡(jiǎn)單，http.HandleFunc選取了DefaultServeMux作為multiplexer：

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

那么什么是DefaultServeMux呢？實(shí)際上，DefaultServeMux是ServeMux的一個(gè)實(shí)例。當(dāng)然http包也提供了NewServeMux方法創(chuàng)建一個(gè)ServeMux實(shí)例，默認(rèn)則創(chuàng)建一個(gè)DefaultServeMux：

// NewServeMux allocates and returns a new ServeMux.
func NewServeMux() *ServeMux { return new(ServeMux) }

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

var defaultServeMux ServeMux

注意，go創(chuàng)建實(shí)例的過程中，也可以使用指針方式，即
type Server struct{}
server := Server{}
和下面的一樣都可以創(chuàng)建Server的實(shí)例
var DefalutServer Server
var server = &DefalutServer

因此DefaultServeMux的HandleFunc(pattern, handler)方法實(shí)際是定義在ServeMux下的：

func (mux *ServeMux) HandleFunc(pattern string, handler func(ResponseWriter, *Request)) {
mux.Handle(pattern, HandlerFunc(handler))
}

上述代碼中，HandlerFunc是一個(gè)函數(shù)類型。同時(shí)實(shí)現(xiàn)了Handler接口的ServeHTTP方法。使用HandlerFunc類型包裝一下路由定義的indexHandler函數(shù)，其目的就是為了讓這個(gè)函數(shù)也實(shí)現(xiàn)ServeHTTP方法，即轉(zhuǎn)變成一個(gè)handler處理器(函數(shù))。

type HandlerFunc func(ResponseWriter, *Request)

func (f HandlerFunc) ServeHTTP(w ResponseWriter, r *Request) {
f(w, r)
}

一旦這樣做了，就意味著我們的 indexHandler 函數(shù)也有了ServeHTTP方法。

此外，ServeMux的Handle方法，將會(huì)對(duì)pattern和handler函數(shù)做一個(gè)map映射：

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

if pattern == "" {
    panic("http: invalid pattern " + pattern)
}
if handler == nil {
    panic("http: nil handler")
}
if mux.m[pattern].explicit {
    panic("http: multiple registrations for " + pattern)
}

if mux.m == nil {
    mux.m = make(map[string]muxEntry)
}
mux.m[pattern] = muxEntry{explicit: true, h: handler, pattern: pattern}

if pattern[0] != '/' {
    mux.hosts = true
}

n := len(pattern)
if n > 0 && pattern[n-1] == '/' && !mux.m[pattern[0:n-1]].explicit {

    path := pattern
    if pattern[0] != '/' {
        path = pattern[strings.Index(pattern, "/"):]
    }
    url := &url.URL{Path: path}
    mux.m[pattern[0:n-1]] = muxEntry{h: RedirectHandler(url.String(), StatusMovedPermanently), pattern: pattern}
}

}

由此可見，Handle函數(shù)的主要目的在于把handler和pattern模式綁定到map[string]muxEntry的map上，其中muxEntry保存了更多pattern和handler的信息，還記得前面討論的Server結(jié)構(gòu)嗎？Server的m字段就是map[string]muxEntry這樣一個(gè)map。

此時(shí)，pattern和handler的路由注冊(cè)完成。接下來就是如何開始server的監(jiān)聽，以接收客戶端的請(qǐng)求。

#### 開啟監(jiān)聽

注冊(cè)好路由之后，啟動(dòng)web服務(wù)還需要開啟服務(wù)器監(jiān)聽。http的ListenAndServer方法中可以看到創(chuàng)建了一個(gè)Server對(duì)象，并調(diào)用了Server對(duì)象的同名方法：

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

func (srv Server) ListenAndServe() error {
addr := srv.Addr
if addr == "" {
addr = ":http"
}
ln, err := net.Listen("tcp", addr)
if err != nil {
return err
}
return srv.Serve(tcpKeepAliveListener{ln.(net.TCPListener)})
}

Server的ListenAndServe方法中，會(huì)初始化監(jiān)聽地址Addr，同時(shí)調(diào)用Listen方法設(shè)置監(jiān)聽。最后將監(jiān)聽的TCP對(duì)象傳入Serve方法：

func (srv *Server) Serve(l net.Listener) error {
defer l.Close()
...

baseCtx := context.Background()
ctx := context.WithValue(baseCtx, ServerContextKey, srv)
ctx = context.WithValue(ctx, LocalAddrContextKey, l.Addr())
for {
    rw, e := l.Accept()
    ...
    c := srv.newConn(rw)
    c.setState(c.rwc, StateNew) // before Serve can return
    go c.serve(ctx)
}

}

#### 處理請(qǐng)求

監(jiān)聽開啟之后，一旦客戶端請(qǐng)求到底，go就開啟一個(gè)協(xié)程處理請(qǐng)求，主要邏輯都在serve方法之中。

serve方法比較長(zhǎng)，其主要職能就是，創(chuàng)建一個(gè)上下文對(duì)象，然后調(diào)用Listener的Accept方法用來　獲取連接數(shù)據(jù)并使用newConn方法創(chuàng)建連接對(duì)象。最后使用goroutein協(xié)程的方式處理連接請(qǐng)求。因?yàn)槊恳粋€(gè)連接都開起了一個(gè)協(xié)程，請(qǐng)求的上下文都不同，同時(shí)又保證了go的高并發(fā)。serve也是一個(gè)長(zhǎng)長(zhǎng)的方法：

func (c *conn) serve(ctx context.Context) {
c.remoteAddr = c.rwc.RemoteAddr().String()
defer func() {
if err := recover(); err != nil {
const size = 64 << 10
buf := make([]byte, size)
buf = buf[:runtime.Stack(buf, false)]
c.server.logf("http: panic serving %v: %v\n%s", c.remoteAddr, err, buf)
}
if !c.hijacked() {
c.close()
c.setState(c.rwc, StateClosed)
}
}()

...

for {
    w, err := c.readRequest(ctx)
    if c.r.remain != c.server.initialReadLimitSize() {
        // If we read any bytes off the wire, we're active.
        c.setState(c.rwc, StateActive)
    }
    ...
    
    }
    
    ...
  
    serverHandler{c.server}.ServeHTTP(w, w.req)
    w.cancelCtx()
    if c.hijacked() {
        return
    }
    w.finishRequest()
    if !w.shouldReuseConnection() {
        if w.requestBodyLimitHit || w.closedRequestBodyEarly() {
            c.closeWriteAndWait()
        }
        return
    }
    c.setState(c.rwc, StateIdle)
}

}

盡管serve很長(zhǎng)，里面的結(jié)構(gòu)和邏輯還是很清晰的，使用defer定義了函數(shù)退出時(shí)，連接關(guān)閉相關(guān)的處理。然后就是讀取連接的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，并處理讀取完畢時(shí)候的狀態(tài)。接下來就是調(diào)用`serverHandler{c.server}.ServeHTTP(w, w.req)`方法處理請(qǐng)求了。最后就是請(qǐng)求處理完畢的邏輯。serverHandler是一個(gè)重要的結(jié)構(gòu)，它近有一個(gè)字段，即Server結(jié)構(gòu)，同時(shí)它也實(shí)現(xiàn)了Handler接口方法ServeHTTP，并在該接口方法中做了一個(gè)重要的事情，初始化multiplexer路由多路復(fù)用器。如果server對(duì)象沒有指定Handler，則使用默認(rèn)的DefaultServeMux作為路由Multiplexer。并調(diào)用初始化Handler的ServeHTTP方法。

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)
}

這里DefaultServeMux的ServeHTTP方法其實(shí)也是定義在ServeMux結(jié)構(gòu)中的，相關(guān)代碼如下：

func (mux *ServeMux) (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)
}

func (mux *ServeMux) Handler(r *Request) (h Handler, pattern string) {
if r.Method != "CONNECT" {
if p := cleanPath(r.URL.Path); p != r.URL.Path {
_, pattern = mux.handler(r.Host, p)
url := *r.URL
url.Path = p
return RedirectHandler(url.String(), StatusMovedPermanently), pattern
}
}
return mux.handler(r.Host, r.URL.Path)
}

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

}

func (mux *ServeMux) match(path string) (h Handler, pattern string) {
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
}

mux的ServeHTTP方法通過調(diào)用其Handler方法尋找注冊(cè)到路由上的handler函數(shù)，并調(diào)用該函數(shù)的ServeHTTP方法，本例則是IndexHandler函數(shù)。

mux的Handler方法對(duì)URL簡(jiǎn)單的處理，然后調(diào)用handler方法，后者會(huì)創(chuàng)建一個(gè)鎖，同時(shí)調(diào)用match方法返回一個(gè)handler和pattern。

在match方法中，mux的m字段是map[string]muxEntry圖，后者存儲(chǔ)了pattern和handler處理器函數(shù)，因此通過迭代m尋找出注冊(cè)路由的patten模式與實(shí)際url匹配的handler函數(shù)并返回。

返回的結(jié)構(gòu)一直傳遞到mux的ServeHTTP方法，接下來調(diào)用handler函數(shù)的ServeHTTP方法，即IndexHandler函數(shù)，然后把response寫到http.RequestWirter對(duì)象返回給客戶端。

上述函數(shù)運(yùn)行結(jié)束即`serverHandler{c.server}.ServeHTTP(w, w.req)`運(yùn)行結(jié)束。接下來就是對(duì)請(qǐng)求處理完畢之后上希望和連接斷開的相關(guān)邏輯。

至此，Golang中一個(gè)完整的http服務(wù)介紹完畢，包括注冊(cè)路由，開啟監(jiān)聽，處理連接，路由處理函數(shù)。

### 總結(jié)

多數(shù)的web應(yīng)用基于HTTP協(xié)議，客戶端和服務(wù)器通過request-response的方式交互。一個(gè)server并不可少的兩部分莫過于路由注冊(cè)和連接處理。Golang通過一個(gè)ServeMux實(shí)現(xiàn)了的multiplexer路由多路復(fù)用器來管理路由。同時(shí)提供一個(gè)Handler接口提供ServeHTTP用來實(shí)現(xiàn)handler處理其函數(shù)，后者可以處理實(shí)際request并構(gòu)造response。

ServeMux和handler處理器函數(shù)的連接橋梁就是Handler接口。ServeMux的ServeHTTP方法實(shí)現(xiàn)了尋找注冊(cè)路由的handler的函數(shù)，并調(diào)用該handler的ServeHTTP方法。ServeHTTP方法就是真正處理請(qǐng)求和構(gòu)造響應(yīng)的地方。

回顧go的http包實(shí)現(xiàn)http服務(wù)的流程，可見大師們的編碼設(shè)計(jì)之功力。學(xué)習(xí)有利提高自身的代碼邏輯組織能力。更好的學(xué)習(xí)方式除了閱讀，就是實(shí)踐，接下來，我們將著重討論來構(gòu)建http服務(wù)。尤其是構(gòu)建http中間件函數(shù)。