Go：net/http 服务端底层设计简述

0 前言

我自己使用 Go 语言进行项目开发已经有一年多的时间，不过一直很少去了解 Go 语言相关的底层设计的一些东西。最近花时间去看了 net/http 的底层设计的一些东西，这篇文章就是把我觉得 net/http 最有价值、最需要了解的东西拿出来分享。

1 从使用 net/http 的使用方式出发

使用 net/http 启动一个服务非常简单：

package main

import (
	"io"
	"log"
	"net/http"
)

func main() {
	// Hello world, the web server

	helloHandler := func(w http.ResponseWriter, req *http.Request) {
		io.WriteString(w, "Hello, world!\n")
	}

	http.HandleFunc("/", helloHandler)
	log.Fatal(http.ListenAndServe(":8080", nil))
}

上面这段代码有三个核心。

定义处理器函数

	helloHandler := func(w http.ResponseWriter, req *http.Request) {
		io.WriteString(w, "Hello, world!\n")
	}

这里定义了一个匿名函数 helloHandler，它接受两个参数：

• w http.ResponseWriter: 这是一个用于构造 HTTP 响应的接口对象。我们可以使用它来向客户端发送数据。
• req *http.Request: 这是一个包含 HTTP 请求所有信息的结构体。

io.WriteString 方法用来向 http.ResponseWriter 写入字符串 "Hello, world!\n"，客户端接收 http.ResponseWriter 中的内容。

注册处理器

http.HandleFunc("/", helloHandler)

http.HandleFunc 用来注册处理器函数。第一个参数是路径模式，这里我们指定为根路径 /，这意味着对于所有发往服务器根路径的请求都将由 helloHandler 处理。

启动服务器

log.Fatal(http.ListenAndServe(":8080", nil))

http.ListenAndServe 方法用来启动 HTTP 服务器，监听并服务于指定的网络地址。这里我们让服务器监听本地机器上的 8080 端口。函数的第二个参数是处理器，当该参数为 nil 时，默认使用 http.DefaultServeMux。

2 http.ListenAndServe

我们当然选择从最关键的启动服务 http.ListenAndServe 入手，看看启动服务这个过程具体是做了什么。

• 监听地址：当 http.ListenAndServe 启动后，它会在指定的地址上创建一个监听套接字（socket），等待客户端的连接请求。
• 接受连接：每当有一个新的连接请求到达时，ListenAndServe 会接受这个连接，并为每个连接创建一个新的 goroutine。（一个连接一个 goroutine）
• 读取请求：在每个新创建的 goroutine 中，服务器会读取客户端发送过来的 HTTP 请求。请求中包含了客户端想要访问的 URL、请求方法（如 GET、POST 等）以及其他相关信息。（每个连接可能有多个 HTTP 请求）
• 请求分发：一旦请求被完全读取，服务器会将请求传递给多路复用器进行分发。（多路复用器可以基于请求的 URL 路径来决定哪个处理器应该处理这个请求）
• 请求处理：多路复用器查找与请求 URL 匹配的处理器，并调用这个处理器来处理请求。
• 发送响应：处理函数完成请求处理后，向客户端发送响应。响应可以包括状态码、响应头和响应体等部分。

上面流程就是 http.ListenAndServe 具体在做的事情。我刻意回避了一些底层的关键模块名如多路复用器 http.ServeMux，原因是希望你们对基本流程有所了解，然后再深入细节。

3 http.ServeMux 多路复用器

前面我们了解了 http.ListenAndServe 的具体流程，这里面涉及到非常重要的一点就是，请求的分发和处理，不同的路由使用不同的处理器进行处理。

在我们实际使用 net/http 进行开发的时候，什么样的路由如何进行对应的处理，这是我们自己决定和编写的，这是我们在进行 web 开发中非常重要的一步。因此，下面我们来了解 net/http 是如何对我们的路由和处理进行管理的。

http.ServeMux 的内部维护了一个路由表，它存储了所有注册的处理器。路由表是由一组键值对组成的，其中键是 URL 路径模式，值是对应的处理器。当一个 HTTP 请求到达时，ServeMux 会使用其内部的路由表来查找与请求 URL 匹配的处理器。

注册处理器主要有两种方式：

• 使用 http.HandleFunc:

  http.HandleFunc(pattern string, handler func(http.ResponseWriter, *http.Request))
  

这个函数会将给定的处理函数注册到默认的 http.ServeMux 上。pattern 是一个 URL 路径模式，handler 是一个处理函数。

• 使用 http.ServeMux.Handle:

  func (mux *ServeMux) Handle(pattern string, handler Handler)
  

  这个方法允许你将任意实现了 http.Handler 接口的对象注册到一个具体的 ServeMux 实例上。而 http.Handler 接口对象需要实现的函数是 func(http.ResponseWriter, *http.Request)

可以看到，无论是 处理函数 还是 处理器，其核心都是函数 func(http.ResponseWriter, *http.Request)。

所以：

• 如果你有一个处理函数 func(http.ResponseWriter, *http.Request)，可以直接使用 http.HandleFunc 进行注册。
• 同样，你也可以把处理函数 func(http.ResponseWriter, *http.Request) 包装进 http.Handler，然后使用 func (mux *ServeMux) Handle(pattern string, handler Handler) 进行注册。

4 总结

以上即为我关于 Go net/http 的简单分享，实际简单使用 net/http 时，就是简单两步：

• 准备路由和处理函数 func(ResponseWriter, *Request)，进行注册
• 调用 http.ListenAndServe 完成服务的启动

谢谢大家。