搭建一個簡單的Go Web服務器
Go語言標準庫 - net/http
在學習Go語言有一個很好的起點，Go語言官方文檔很詳細，今天我們學習的Go Web服務器的搭建就需要用到Go語言官方提供的標準庫 net/http，通過http包提供了HTTP客戶端和服務端的實現。同時使用這個包能很簡單地對web的路由，靜態文件，模版，cookie等數據進行設置和操作。如果對http概念不是太清楚的朋友可以自行google。
http包建立Web服務器
package main
import (
"fmt"
"net/http"
"strings"
"log"
)
func sayhelloName(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
r.ParseForm() //解析參數，默認是不會解析的
fmt.Println(r.Form) //這些信息是輸出到服務器端的打印信息
fmt.Println("path", r.URL.Path)
fmt.Println("scheme", r.URL.Scheme)
fmt.Println(r.Form["url_long"])
for k, v := range r.Form {
fmt.Println("key:", k)
fmt.Println("val:", strings.Join(v, ""))
}
fmt.Fprintf(w, "Hello Wrold!") //這個寫入到w的是輸出到客戶端的
}
func main() {
http.HandleFunc("/", sayhelloName) //設置訪問的路由
err := http.ListenAndServe(":9090", nil) //設置監聽的端口
if err != nil {
log.Fatal("ListenAndServe: ", err)
}
}上面的代碼我們在IDE中編譯後並運行成功後，這個時侯我們就可以在9090端口監聽http鏈接請求了
頁面請求效果如圖：
代碼運行結果如圖：
這個時侯如果我們在瀏覽器地址後面加一些參數試試：http://localhost:9090?url_long=111&url_long=222，看看瀏覽器中輸出什麼？服務器端輸出的又是什麼？
我們看到了上面的代碼，要編寫一個Web服務器是不是很簡單，只要調用http包的兩個函數就可以了。
我們看到Go通過簡單的幾行代碼就已經運行起來一個Web服務了，而且這個Web服務內部有支持高併發的特性。現在Web服務已經搭建完成了，那我們現在來了解一個這個服務是怎麼運行起來的呢？
Web工作方式的幾個概念
- Request：用戶請求的信息，用來解析用戶的請求信息，包括post、get、cookie、url等信息
- Response：服務器需要反饋給客戶端的信息
- Conn：用戶的每次請求鏈接
- Handler：處理請求和生成返回信息的處理邏輯
分析http包運行機制
這個過程我們需要清楚以下三個問題，則就清楚Go是如何讓Web運行起來了
- 如何監聽端口？
通過上面的代碼我們看到Go是通過一個函數ListenAndServe來處理這些事情的，這個底層其實這樣處
理的：初始化一個server對象，然後調用了net.Listen("tcp", addr)，也就是底層用TCP協議搭建了一個服
務，然後監控我們設置的端口。
Go http包的源碼，這裏我們可以看到整個http處理過程
Http請求
網絡發展，很多網絡應用都是構建再 HTTP 服務基礎之上。HTTP 協議從誕生到現在，發展從1.0，1.1到2.0也不斷再進步。除去細節，理解 HTTP 構建的網絡應用只要關注兩個端---客戶端（clinet）和服務端（server），兩個端的交互來自 clinet 的 request，以及server端的response。所謂的http服務器，主要在於如何接受 clinet 的 request，並向client返回response。
接收request的過程中，最重要的莫過於路由（router），即實現一個Multiplexer器。Go中既可以使用內置的mutilplexer --- DefautServeMux，也可以自定義。Multiplexer路由的目的就是爲了找到處理器函數（handler），後者將對request進行處理，同時構建response。
簡單總結就是這個流程爲：
Clinet -> Requests -> [Multiplexer(router) -> handler -> Response -> Clinet
因此，理解go中的http服務，最重要就是要理解Multiplexer和handler，Golang中的Multiplexer基於ServeMux結構，同時也實現了Handler接口。
對於handler,如果有從事Java開發的朋友，你如果瞭解spring框架，應該聽說過這個詞，這裏的handler和spring框架裏的handler聽上去很相似，同樣是作爲一個方法的載體，但他們還是不同的。爲了更好的說明問題，本文約定了如下規則：
- hander函數： 具有func(w http.ResponseWriter, r *http.Requests)簽名的函數
- handler處理器(函數): 經過HandlerFunc結構包裝的handler函數，它實現了ServeHTTP接口方法的函數。調用handler處理器的ServeHTTP方法時，即調用handler函數本身。
- handler對象：實現了Handler接口ServeHTTP方法的結構。
handler處理器和handler對象的差別在於，一個是函數，另外一個是結構，它們都有實現了ServeHTTP方法。很多情況下它們的功能類似，下文就使用統稱爲handler。這算是Golang通過接口實現的類動態類型吧。
Handler
Golang沒有繼承，類多態的方式可以通過接口實現。所謂接口則是定義聲明瞭函數簽名，任何結構只要實現了與接口函數簽名相同的方法，就等同於實現了接口。go的http服務都是基於handler進行處理。
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爲handler對象。ServeMux會使用handler並調用其ServeHTTP方法處理請求並返回響應。
ServeMux
瞭解了Handler之後，再看ServeMux。ServeMux的源碼很簡單：
type ServeMux struct {
mu sync.RWMutex
m map[string]muxEntry
hosts bool
}
type muxEntry struct {
explicit bool
h Handler
pattern string
}ServeMux結構中最重要的字段爲m，這是一個map，key是一些url模式，value是一個muxEntry結構，後者裏定義存儲了具體的url模式和handler。
當然，所謂的ServeMux也實現了ServeHTTP接口，也算是一個handler，不過ServeMux的ServeHTTP方法不是用來處理request和respone，而是用來找到路由註冊的handler，後面再做解釋。
Server
除了ServeMux和Handler，還有一個結構Server需要了解。從http.ListenAndServe的源碼可以看出，它創建了一個server對象，並調用server對象的ListenAndServe方法：
func ListenAndServe(addr string, handler Handler) error {
server := &Server{Addr: addr, Handler: handler}
return server.ListenAndServe()
}
查看server的結構如下：
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結構存儲了服務器處理請求常見的字段。其中Handler字段也保留Handler接口。如果Server接口沒有提供Handler結構對象，那麼會使用DefautServeMux做multiplexer，後面再做分析。
創建HTTP服務
創建一個http服務，大致需要經歷兩個過程，首先需要註冊路由，即提供url模式和handler函數的映射，其次就是實例化一個server對象，並開啓對客戶端的監聽。
再看gohttp服務的代碼
http.HandleFunc("/", indexHandler)即是註冊路由。
http.ListenAndServe("127.0.0.1:8000", nil)
或者：
server := &Server{Addr: addr, Handler: handler}
server.ListenAndServe()註冊路由
閱讀框架源碼是學習的好方式，通常閱讀也有兩個方法，一是不求甚解，框架的主要流程要清晰，別的細枝末節，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，對於作者想要表達的主要流程，一定要明確，執行的邏輯和結構。兩者看起來略矛盾，其實不然。大體而言就是對主流程要清晰，主流程以外的細節需要先忽略。最簡單實踐方式就是，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，搞懂爲止。下面就查看http是如何註冊路由。
net/http包暴露的註冊路由的api很簡單，http.HandleFunc選取了DefaultServeMux作爲multiplexer：
func HandleFunc(pattern string, handler func(ResponseWriter, *Request)) {
DefaultServeMux.HandleFunc(pattern, handler)
}那麼什麼是DefaultServeMux呢？實際上，DefaultServeMux是ServeMux的一個實例。當然http包也提供了NewServeMux方法創建一個ServeMux實例，默認則創建一個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創建實例的過程中，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建Server的實例
var DefalutServer Server
var server = &DefalutServer
因此DefaultServeMux的HandleFunc(pattern, handler)方法實際是定義在ServeMux下的：
// HandleFunc registers the handler function for the given pattern.
func (mux *ServeMux) HandleFunc(pattern string, handler func(ResponseWriter, *Request)) {
mux.Handle(pattern, HandlerFunc(handler))
}上述代碼中，HandlerFunc是一個函數類型（如果將它上面的註釋翻譯過來，就是HandleFunc會爲給定的模式註冊處理程序函數，我們就可以爲會根據路由地址註冊相應的服務），同時實現了Handler接口的ServeHTTP方法。使用HandlerFunc類型包裝一下路由定義的indexHandler函數，其目的就是爲了讓這個函數也實現ServeHTTP方法，即轉變成一個handler處理器(函數)。
type HandlerFunc func(ResponseWriter, *Request)
func (f HandlerFunc) ServeHTTP(w ResponseWriter, r *Request) {
f(w, r)
}一旦這樣做了，就意味着我們的 indexHandler 函數也有了ServeHTTP方法。
此外，ServeMux的Handle方法，將會對pattern和handler函數做一個map映射：
// Handle registers the handler for the given pattern.
// If a handler already exists for pattern, Handle panics.
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
}
// Helpful behavior:
// If pattern is /tree/, insert an implicit permanent redirect for /tree.
// It can be overridden by an explicit registration.
n := len(pattern)
if n > 0 && pattern[n-1] == '/' && !mux.m[pattern[0:n-1]].explicit {
// If pattern contains a host name, strip it and use remaining
// path for redirect.
path := pattern
if pattern[0] != '/' {
// In pattern, at least the last character is a '/', so
// strings.Index can't be -1.
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函數的主要目的在於把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結構嗎？Server的m字段就是map[string]muxEntry這樣一個map。
此時，pattern和handler的路由註冊完成。接下來就是如何開始server的監聽，以接收客戶端的請求。
開啓監聽
註冊好路由之後，啓動web服務還需要開啓服務器監聽。http的ListenAndServer方法中可以看到創建了一個Server對象，並調用了Server對象的同名方法：
func ListenAndServe(addr string, handler Handler) error {
server := &Server{Addr: addr, Handler: handler}
return server.ListenAndServe()
}
func ListenAndServeTLS(addr, certFile, keyFile string, handler Handler) error {
server := &Server{Addr: addr, Handler: handler}
return server.ListenAndServeTLS(certFile, keyFile)
}
Server的ListenAndServe方法中，會初始化監聽地址Addr，同時調用Listen方法設置監聽。最後將監聽的TCP對象傳入Serve方法：
func (srv *Server) Serve(l net.Listener) error {
defer l.Close()
if fn := testHookServerServe; fn != nil {
fn(srv, l)
}
var tempDelay time.Duration // how long to sleep on accept failure
if err := srv.setupHTTP2_Serve(); err != nil {
return err
}
srv.trackListener(l, true)
defer srv.trackListener(l, false)
baseCtx := context.Background() // base is always background, per Issue 16220
ctx := context.WithValue(baseCtx, ServerContextKey, srv)
for {
rw, e := l.Accept()
if e != nil {
select {
case <-srv.getDoneChan():
return ErrServerClosed
default:
}
if ne, ok := e.(net.Error); ok && ne.Temporary() {
if tempDelay == 0 {
tempDelay = 5 * time.Millisecond
} else {
tempDelay *= 2
}
if max := 1 * time.Second; tempDelay > max {
tempDelay = max
}
srv.logf("http: Accept error: %v; retrying in %v", e, tempDelay)
time.Sleep(tempDelay)
continue
}
return e
}
tempDelay = 0
c := srv.newConn(rw)
c.setState(c.rwc, StateNew) // before Serve can return
go c.serve(ctx)
}
}處理請求
監聽開啓之後，一旦客戶端請求到底，go就開啓一個協程處理請求，主要邏輯都在serve方法之中。
serve方法比較長，其主要職能就是，創建一個上下文對象，然後調用Listener的Accept方法用來 獲取連接數據並使用newConn方法創建連接對象。最後使用goroutein協程的方式處理連接請求。因爲每一個連接都開起了一個協程，請求的上下文都不同，同時又保證了go的高併發。serve也是一個長長的方法：
// Serve a new connection.
func (c *conn) serve(ctx context.Context) {
c.remoteAddr = c.rwc.RemoteAddr().String()
ctx = context.WithValue(ctx, LocalAddrContextKey, c.rwc.LocalAddr())
defer func() {
if err := recover(); err != nil && err != ErrAbortHandler {
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)
}
}()
if tlsConn, ok := c.rwc.(*tls.Conn); ok {
if d := c.server.ReadTimeout; d != 0 {
c.rwc.SetReadDeadline(time.Now().Add(d))
}
if d := c.server.WriteTimeout; d != 0 {
c.rwc.SetWriteDeadline(time.Now().Add(d))
}
if err := tlsConn.Handshake(); err != nil {
c.server.logf("http: TLS handshake error from %s: %v", c.rwc.RemoteAddr(), err)
return
}
c.tlsState = new(tls.ConnectionState)
*c.tlsState = tlsConn.ConnectionState()
if proto := c.tlsState.NegotiatedProtocol; validNPN(proto) {
if fn := c.server.TLSNextProto[proto]; fn != nil {
h := initNPNRequest{tlsConn, serverHandler{c.server}}
fn(c.server, tlsConn, h)
}
return
}
}
// HTTP/1.x from here on.
ctx, cancelCtx := context.WithCancel(ctx)
c.cancelCtx = cancelCtx
defer cancelCtx()
c.r = &connReader{conn: c}
c.bufr = newBufioReader(c.r)
c.bufw = newBufioWriterSize(checkConnErrorWriter{c}, 4<<10)
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)
}
if err != nil {
const errorHeaders = "\r\nContent-Type: text/plain; charset=utf-8\r\nConnection: close\r\n\r\n"
if err == errTooLarge {
// Their HTTP client may or may not be
// able to read this if we're
// responding to them and hanging up
// while they're still writing their
// request. Undefined behavior.
const publicErr = "431 Request Header Fields Too Large"
fmt.Fprintf(c.rwc, "HTTP/1.1 "+publicErr+errorHeaders+publicErr)
c.closeWriteAndWait()
return
}
if isCommonNetReadError(err) {
return // don't reply
}
publicErr := "400 Bad Request"
if v, ok := err.(badRequestError); ok {
publicErr = publicErr + ": " + string(v)
}
fmt.Fprintf(c.rwc, "HTTP/1.1 "+publicErr+errorHeaders+publicErr)
return
}
// Expect 100 Continue support
req := w.req
if req.expectsContinue() {
if req.ProtoAtLeast(1, 1) && req.ContentLength != 0 {
// Wrap the Body reader with one that replies on the connection
req.Body = &expectContinueReader{readCloser: req.Body, resp: w}
}
} else if req.Header.get("Expect") != "" {
w.sendExpectationFailed()
return
}
c.curReq.Store(w)
if requestBodyRemains(req.Body) {
registerOnHitEOF(req.Body, w.conn.r.startBackgroundRead)
} else {
if w.conn.bufr.Buffered() > 0 {
w.conn.r.closeNotifyFromPipelinedRequest()
}
w.conn.r.startBackgroundRead()
}
// 一個Http不能同時又多個處理請求，只有服務器響應了當前請求後才能處理其他請求.
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)
c.curReq.Store((*response)(nil))
if !w.conn.server.doKeepAlives() {
// We're in shutdown mode. We might've replied
// to the user without "Connection: close" and
// they might think they can send another
// request, but such is life with HTTP/1.1.
return
}
if d := c.server.idleTimeout(); d != 0 {
c.rwc.SetReadDeadline(time.Now().Add(d))
if _, err := c.bufr.Peek(4); err != nil {
return
}
}
c.rwc.SetReadDeadline(time.Time{})
}
}儘管serve很長，裏面的結構和邏輯還是很清晰的，使用defer定義了函數退出時，連接關閉相關的處理。然後就是讀取連接的網絡數據，並處理讀取完畢時候的狀態。接下來就是調用serverHandler{c.server}.ServeHTTP(w, w.req)方法處理請求了。最後就是請求處理完畢的邏輯。serverHandler是一個重要的結構，它近有一個字段，即Server結構，同時它也實現了Handler接口方法ServeHTTP，並在該接口方法中做了一個重要的事情，初始化multiplexer路由多路複用器。如果server對象沒有指定Handler，則使用默認的DefaultServeMux作爲路由Multiplexer。並調用初始化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)
}這裏DefaultServeMux的ServeHTTP方法其實也是定義在ServeMux結構中的，相關代碼如下：
// ServeHTTP dispatches the request to the handler whose
// pattern most closely matches the request URL.
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)
}
func (mux *ServeMux) Handler(r *Request) (h Handler, pattern string) {
// CONNECT requests are not canonicalized.
if r.Method == "CONNECT" {
return mux.handler(r.Host, r.URL.Path)
}
// All other requests have any port stripped and path cleaned
// before passing to mux.handler.
host := stripHostPort(r.Host)
path := cleanPath(r.URL.Path)
if path != r.URL.Path {
_, pattern = mux.handler(host, path)
url := *r.URL
url.Path = path
return RedirectHandler(url.String(), StatusMovedPermanently), pattern
}
return mux.handler(host, r.URL.Path)
}
// handler is the main implementation of Handler.
// The path is known to be in canonical form, except for CONNECT methods.
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
}
// Find a handler on a handler map given a path string.
// Most-specific (longest) pattern wins.
func (mux *ServeMux) match(path string) (h Handler, pattern string) {
// Check for exact match first.
v, ok := mux.m[path]
if ok {
return v.h, v.pattern
}
// Check for longest valid match.
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方法通過調用其Handler方法尋找註冊到路由上的handler函數，並調用該函數的ServeHTTP方法，本例則是IndexHandler函數。
mux的Handler方法對URL簡單的處理，然後調用handler方法，後者會創建一個鎖，同時調用match方法返回一個handler和pattern。
在match方法中，mux的m字段是map[string]muxEntry圖，後者存儲了pattern和handler處理器函數，因此通過迭代m尋找出註冊路由的patten模式與實際url匹配的handler函數並返回。
返回的結構一直傳遞到mux的ServeHTTP方法，接下來調用handler函數的ServeHTTP方法，即IndexHandler函數，然後把response寫到http.RequestWirter對象返回給客戶端。
上述函數運行結束即serverHandler{c.server}.ServeHTTP(w, w.req)運行結束。接下來就是對請求處理完畢之後上希望和連接斷開的相關邏輯。
至此，Golang中一個完整的http服務介紹完畢，包括註冊路由，開啓監聽，處理連接，路由處理函數。
web服務總結
多數的web應用基於HTTP協議，客戶端和服務器通過request-response的方式交互。一個server並不可少的兩部分莫過於路由註冊和連接處理。Golang通過一個ServeMux實現了的multiplexer路由多路複用器來管理路由。同時提供一個Handler接口提供ServeHTTP用來實現handler處理其函數，後者可以處理實際request並構造response。
ServeMux和handler處理器函數的連接橋樑就是Handler接口。ServeMux的ServeHTTP方法實現了尋找註冊路由的handler的函數，並調用該handler的ServeHTTP方法。ServeHTTP方法就是真正處理請求和構造響應的地方。
回顧go的http包實現http服務的流程，可見大師們的編碼設計之功力。學習有利提高自身的代碼邏輯組織能力。更好的學習方式除了閱讀，就是實踐，接下來，我們將着重討論來構建http服務。尤其是構建http中間件函數。