gin 源码阅读(1) - gin 与 net/http 的关系

gin 是目前 Go 里面使用最广泛的框架之一了，弄清楚 gin 框架的原理，有助于我们更好的使用 gin。

gin 概览

想弄清楚 gin, 需要弄明白以下几个问题:

• request数据是如何流转的
• gin框架到底扮演了什么角色
• 请求从gin流入net/http, 最后又是如何回到gin中
• gin的context为何能承担起来复杂的需求
• gin的路由算法
• gin的中间件是什么
• gin的Engine具体是个什么东西
• net/http的requeset, response都提供了哪些有用的东西

从gin的官方第一个demo入手.

package main

import "github.com/gin-gonic/gin"

func main() {
    r := gin.Default()
    r.GET("/ping", func(c *gin.Context) {
        c.JSON(200, gin.H{
          "message": "pong",
        })
    })
    r.Run() // listen and serve on 0.0.0.0:8080
}

r.Run() 的源码:

func (engine *Engine) Run(addr ...string) (err error) {
    defer func() { debugPrintError(err) }()

    address := resolveAddress(addr)
    debugPrint("Listening and serving HTTP on %s\n", address)
    err = http.ListenAndServe(address, engine)
    return
}

看到开始调用的是 http.ListenAndServe(address, engine), 这个函数是net/http的函数， 然后请求数据就在net/http开始流转.

Request 数据是如何流转的

先不使用gin, 直接使用net/http来处理http请求

func main() {
    http.HandleFunc("/", func(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
        w.Write([]byte("Hello World"))
    })

    if err := http.ListenAndServe(":8000", nil); err != nil {
        fmt.Println("start http server fail:", err)
    }
}

在浏览器中输入localhost:8000, 会看到Hello World. 下面利用这个简单demo看下request的流转流程.

HTTP是如何建立起来的

简单的说一下http请求是如何建立起来的(需要有基本的网络基础, 可以找相关的书籍查看, 推荐看UNIX网络编程卷1：套接字联网API)

TCP/IP 五层模型

socket建立过程

在TCP/IP五层模型下, HTTP位于应用层, 需要有传输层来承载HTTP协议. 传输层比较常见的协议是TCP,UDP, SCTP等. 由于UDP不可靠, SCTP有自己特殊的运用场景, 所以一般情况下HTTP是由TCP协议承载的(可以使用wireshark抓包然后查看各层协议)

使用TCP协议的话, 就会涉及到TCP是如何建立起来的. 面试中能够常遇到的名词三次握手, 四次挥手就是在这里产生的. 具体的建立流程就不在陈述了, 大概流程就是图中左半边

所以说, 要想能够对客户端http请求进行回应的话, 就首先需要建立起来TCP连接, 也就是socket. 下面要看下net/http是如何建立起来socket?

net/http 是如何建立 socket 的

从图上可以看出, 不管server代码如何封装, 都离不开bind,listen,accept这些函数. 就从上面这个简单的demo入手查看源码.

func main() {
    http.HandleFunc("/", func(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
        w.Write([]byte("Hello World"))
    })

    if err := http.ListenAndServe(":8000", nil); err != nil {
        fmt.Println("start http server fail:", err)
    }
}

注册路由

http.HandleFunc("/", func(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
    w.Write([]byte("Hello World"))
})

这段代码是在注册一个路由及这个路由的handler到DefaultServeMux中

// server.go:L2366-2388
func (mux *ServeMux) Handle(pattern string, handler Handler) {
    mux.mu.Lock()
    defer mux.mu.Unlock()

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

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

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

可以看到这个路由注册太过简单了, 也就给gin, iris, echo等框架留下了扩展的空间, 后面详细说这个东西

服务监听及响应

上面路由已经注册到net/http了, 下面就该如何建立socket了, 以及最后又如何取到已经注册到的路由, 将正确的响应信息从handler中取出来返回给客户端

1.创建 socket

if err := http.ListenAndServe(":8000", nil); err != nil {
    fmt.Println("start http server fail:", err)
}

// net/http/server.go:L3002-3005
func ListenAndServe(addr string, handler Handler) error {
    server := &Server{Addr: addr, Handler: handler}
    return server.ListenAndServe()
}

// net/http/server.go:L2752-2765
func (srv *Server) ListenAndServe() error {
    // ... 省略代码
    ln, err := net.Listen("tcp", addr) // <-----看这里listen
    if err != nil {
      return err
    }
    return srv.Serve(tcpKeepAliveListener{ln.(*net.TCPListener)})
}

2.Accept 等待客户端链接

// net/http/server.go:L2805-2853
func (srv *Server) Serve(l net.Listener) error {
    // ... 省略代码
    for {
      rw, e := l.Accept() // <----- 看这里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) // <--- 看这里
    }
}

3. 提供回调接口 ServeHTTP

// net/http/server.go:L1739-1878
func (c *conn) serve(ctx context.Context) {
    // ... 省略代码
    serverHandler{c.server}.ServeHTTP(w, w.req)
    w.cancelCtx()
    if c.hijacked() {
      return
    }
    w.finishRequest()
    // ... 省略代码
}

// net/http/server.go:L2733-2742
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)
}

// net/http/server.go:L2352-2362
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) // <--- 看这里
    h.ServeHTTP(w, r)
}

4. 回调到实际要执行的 ServeHTTP

// net/http/server.go:L1963-1965
func (f HandlerFunc) ServeHTTP(w ResponseWriter, r *Request) {
   f(w, r)
}

这基本是整个过程的代码了.

1. ln, err := net.Listen("tcp", addr)做了初试化了socket, bind, listen的操作.
2. rw, e := l.Accept()进行accept, 等待客户端进行连接
3. go c.serve(ctx) 启动新的goroutine来处理本次请求. 同时主goroutine继续等待客户端连接, 进行高并发操作
4. h, _ := mux.Handler(r) 获取注册的路由, 然后拿到这个路由的handler, 然后将处理结果返回给客户端

从这里也能够看出来, net/http基本上提供了全套的服务.

为什么会出现很多go框架

// net/http/server.go:L2218-2238
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
}

从这段函数可以看出来, 匹配规则过于简单, 当能匹配到路由的时候就返回其对应的handler, 当不能匹配到时就返回/. net/http的路由匹配根本就不符合 RESTful 的规则，遇到稍微复杂一点的需求时，这个简单的路由匹配规则简直就是噩梦。

所以基本所有的go框架干的最主要的一件事情就是重写net/http的route。我们直接说 gin就是一个 httprouter 也不过分, 当然gin也提供了其他比较主要的功能, 后面会一一介绍。

综述, net/http基本已经提供http服务的70%的功能, 那些号称贼快的go框架, 基本上都是提供一些功能, 让我们能够更好的处理客户端发来的请求. 如果你有兴趣的话，也可以基于 net/http 做一个 Go 框架出来。

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