go net/http 源码解读

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1. HTTP Server

在 go 中启动一个 http server 只需短短几行代码

func PingHandler(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
	io.WriteString(w, "pong!")
}

func main() {
	http.HandleFunc("/ping", PingHandler)
	log.Fatal(http.ListenAndServe(":8080", nil))
}

2. HTTP Client

func main() {
	resp, err := http.Get("http://localhost:8080/ping")
	if err != nil {
		fmt.Println(err)
		return
	}
	defer resp.Body.Close()
	body, _ := io.ReadAll(resp.Body)
	fmt.Println(string(body))
}

net/http 库

本文涉及内容的源码均位于 net/http 库下，各模块的文件位置如下表所示：

模块	文件
服务端	net/http/server.go
客户端——主流程	net/http/client.go
客户端——构造请求	net/http/request.go
客户端——网络交互	net/http/transport.go

HTTP Client

Client Struct

type Client struct {
	Transport RoundTripper
	CheckRedirect func(req *Request, via []*Request) error 
	Jar CookieJar
	Timeout time.Duration
}

Client 结构体总共由四个字段组成：

• Transport：负责 http 通信的核心部分；
• CheckRedirect：用于指定处理重定向的策略；
• Jar：用于管理和存储请求中的 cookie；
• Timeout：指定客户端请求的最大超时时间，该超时时间包括连接、任何的重定向以及读取相应的时间；

RoundTripper

RoundTripper 是通信模块的 interface，需要实现方法 Roundtrip，即通过传入请求 Request，与服务端交互后获得响应 Response.

type RoundTripper interface {
    RoundTrip(*Request) (*Response, error)
}

Transport

Transport 实现了 RoundTripper 接口，是 RoundTripper 的实现类, 也是整个请求过程中最重要并且最复杂的结构体，该结构体会在 Transport.roundTrip 中发送 HTTP 请求并等待响应

核心字段包括：

• idleConn：空闲连接 map，实现复用
• DialContext：新连接生成器

type Transport struct {
    idleConn     map[connectMethodKey][]*persistConn // most recently used at end
    // ...
    DialContext func(ctx context.Context, network, addr string) (net.Conn, error)
    // ...
}

Request

http 请求参数结构体.

type Request struct {
    // 方法
    Method string
    // 请求路径
    URL *url.URL
    // 请求头
    Header Header
    // 请求参数内容
    Body io.ReadCloser
    // 服务器主机
    Host string
    // query 请求参数
    Form url.Values
    // 响应参数 struct
    Response *Response
    // 请求链路的上下文
    ctx context.Context
    // ...
}

Response

http 响应参数结构体.

type Response struct {
    // 请求状态，200 为 请求成功
    StatusCode int    // e.g. 200
    // http 协议，如：HTTP/1.0
    Proto      string // e.g. "HTTP/1.0"
    // 请求头
    Header Header
    // 响应参数内容  
    Body io.ReadCloser
    // 指向请求参数
    Request *Request
    // ...
}

发起 http 请求链路总览

客户端发起一次 http 请求大致分为几个步骤：

• • 构造 http 请求参数
• • 获取用于与服务端交互的 tcp 连接
• • 通过 tcp 连接发送请求参数
• • 通过 tcp 连接接收响应结果

整体方法链路如下图：

NewRequest

func (c *Client) Get(url string) (resp *Response, err error) {
	req, err := NewRequest("GET", url, nil)
	if err != nil {
		return nil, err
	}
	return c.Do(req)
}

NewRequestWithContext 方法中，根据用户传入的 url、method等信息，构造了 Request 实例.

func NewRequestWithContext(ctx context.Context, method, url string, body io.Reader) (*Request, error) {
    // ...
    u, err := urlpkg.Parse(url)
    // ...
    rc, ok := body.(io.ReadCloser)
    // ...
    req := &Request{
        ctx:        ctx,
        Method:     method,
        URL:        u,
        // ...
        Header:     make(Header),
        Body:       rc,
        Host:       u.Host,
    }
    // ...
    return req, nil
}

Client.Do

发送请求方法时，经由 Client.Do、Client.do 辗转，继而步入到 Client.send 方法中.

func (c *Client) Do(req *Request) (*Response, error) {
    return c.do(req)
}

func (c *Client) do(req *Request) (retres *Response, reterr error) {
    var (
        deadline      = c.deadline()
        resp          *Response
        // ...
    )    
    for {
        // ...
        var err error       
        if resp, didTimeout, err = c.send(req, deadline); err != nil {
            // ...
        }
        // ...
    }
}

在 Client.send 方法中，会在通过 send 方法发送请求之前和之后，分别对 cookie 进行更新.

func (c *Client) send(req *Request, deadline time.Time) (resp *Response, didTimeout func() bool, err error) {
    // 设置 cookie 到请求头中
    if c.Jar != nil {
        for _, cookie := range c.Jar.Cookies(req.URL) {
            req.AddCookie(cookie)
        }
    }
    // 发送请求
    resp, didTimeout, err = send(req, c.transport(), deadline)
    if err != nil {
        return nil, didTimeout, err
    }
    // 更新 resp 的 cookie 到请求头中
    if c.Jar != nil {
        if rc := resp.Cookies(); len(rc) > 0 {
            c.Jar.SetCookies(req.URL, rc)
        }
    }
    return resp, nil, nil
}

在调用 send 方法时，需要注入 RoundTripper 模块，默认会使用全局单例 DefaultTransport 进行注入，核心逻辑位于 Transport.RoundTrip 方法中，其中分为两个步骤：

• 获取/构造 tcp 连接
• 通过 tcp 连接完成与服务端的交互

var DefaultTransport RoundTripper = &Transport{
    // ...
    DialContext: defaultTransportDialContext(&net.Dialer{
        Timeout:   30 * time.Second,
        KeepAlive: 30 * time.Second,
    }),
    // ...
}


func (c *Client) transport() RoundTripper {
    if c.Transport != nil {
        return c.Transport
    }
    return DefaultTransport
}

func send(ireq *Request, rt RoundTripper, deadline time.Time) (resp *Response, didTimeout func() bool, err error) {
    // ...
    resp, err = rt.RoundTrip(req)
    // ...
    return resp, nil, nil
}

func (t *Transport) RoundTrip(req *Request) (*Response, error) {
    return t.roundTrip(req)
}

func (t *Transport) roundTrip(req *Request) (*Response, error) {
	ctx := req.Context()
	scheme := req.URL.Scheme

	if altRT := t.alternateRoundTripper(req); altRT != nil {
		if resp, err := altRT.RoundTrip(req); err != ErrSkipAltProtocol {
			return resp, err
		}
	}

    // ...
    for {          
        // ...    
        treq := &transportRequest{Request: req, trace: trace, cancelKey: cancelKey}      
        // ...
        pconn, err := t.getConn(treq, cm)        
        // ...
        resp, err = pconn.roundTrip(treq)          
        // ...
    }
}

可以将该函数的执行过程分成两个部分：

1. 根据 URL 的协议查找并执行自定义的 net/http.RoundTripper 实现；
2. 从连接池中获取或者初始化新的持久连接并调用连接的 net/http.persistConn.roundTrip 发出请求；

可以在标准库的 net/http.Transport 中调用 net/http.Transport.RegisterProtocol 为不同的协议注册 net/http.RoundTripper 的实现，在下面的这段代码中就会根据 URL 中的协议选择对应的实现来替代默认的逻辑：

Transport.getConn

获取 tcp 连接的策略分为两步：

• 通过 queueForIdleConn 方法，尝试复用采用相同协议、访问相同服务端的空闲连接
• 倘若无可用连接，则通过 queueForDial 方法，异步创建一个新的连接，并通过接收 ready channel 信号的方式，确认构造连接的工作已经完成.

func (t *Transport) getConn(treq *transportRequest, cm connectMethod) (pc *persistConn, err error) {
    // 获取连接的请求参数体
    w := &wantConn{
        cm:         cm,
        // key 由 http 协议、服务端地址等信息组成
        key:        cm.key(),
        ctx:        ctx,
        // 标识连接构造成功的信号发射器
        ready:      make(chan struct{}, 1),
    }
    // 倘若连接获取失败，在 wantConn.cancel 方法中，会尝试将 tcp 连接放回队列中以供后续复用
    defer func() {
        if err != nil {
            w.cancel(t, err)
        }
    }()
    // 尝试复用指向相同服务端地址的空闲连接
    if delivered := t.queueForIdleConn(w); delivered {
        pc := w.pc
        // ...
        return pc, nil
    }
    // 异步构造新的连接
    t.queueForDial(w)
    select {
    // 通过阻塞等待信号的方式，等待连接获取完成
    case <-w.ready:
        // ...
        return w.pc, w.err
    // ...
    }
}

（1）复用连接

• 尝试从 Transport.idleConn 中获取指向同一服务端的空闲连接 persisConn
• 获取到连接后会调用 wantConn.tryDeliver 方法将连接绑定到 wantConn 请求参数上
• 绑定成功后，会关闭 wantConn.ready channel，以唤醒阻塞读取该 channel 的 goroutine

func (t *Transport) queueForIdleConn(w *wantConn) (delivered bool) {
    // ...
    if list, ok := t.idleConn[w.key]; ok {
        // ...
        for len(list) > 0 && !stop {
            pconn := list[len(list)-1]
            // ...
            delivered = w.tryDeliver(pconn, nil)
            if delivered {
                // ...
                list = list[:len(list)-1]               
            }
            stop = true
        }
        // ...
        if stop {
            return delivered
        }
    }
   
    // ...    
    return false
}

func (w *wantConn) tryDeliver(pc *persistConn, err error) bool {
    w.mu.Lock()
    defer w.mu.Unlock()
    // ...
    w.pc = pc
    w.err = err
    // ...
    close(w.ready)
    return true
}

（2）创建连接

在 queueForDial 方法会异步调用 Transport.dialConnFor 方法，创建新的 tcp 连接. 由于是异步操作，所以在上游会通过读 channel 的方式，等待创建操作完成.

这里之所以采用异步操作进行连接创建，有两部分原因：

• 一个 tcp 连接并不是一个静态的数据结构，它是有生命周期的，创建过程中会为其创建负责读写的两个守护协程，伴随而生
• 在上游 Transport.queueForIdleConn 方法中，当通过 select 多路复用的方式，接收到其他终止信号时，可以提前调用 wantConn.cancel 方法打断创建连接的 goroutine. 相比于串行化执行而言，这种异步交互的模式，具有更高的灵活度

func (t *Transport) queueForDial(w *wantConn) {
    // ...
    go t.dialConnFor(w) 
    // ...
}

Transport.dialConnFor 方法中，首先调用 Transport.dialConn 创建 tcp 连接 persisConn，接着执行 wantConn.tryDeliver 方法，将连接绑定到 wantConn 上，然后通过关闭 ready channel 操作唤醒上游读 ready channel 的 goroutine.

func (t *Transport) dialConnFor(w *wantConn) {
    // ...
    pc, err := t.dialConn(w.ctx, w.cm)
    delivered := w.tryDeliver(pc, err)
    // ...
}

Transport.dialConn 方法包含了创建连接的核心逻辑：

• 调用 Transport.dial 方法，最终通过 Tranport.DialContext 成员函数，创建好 tcp 连接，封装到 persistConn 当中
• 异步启动连接的伴生读写协程 readLoop 和 writeLoop 方法，组成提交请求、接收响应的循环

func (t *Transport) dialConn(ctx context.Context, cm connectMethod) (pconn *persistConn, err error) {
    pconn = &persistConn{
        t:             t,
        reqch:         make(chan requestAndChan, 1),
        writech:       make(chan writeRequest, 1),
        // ...
    }
    
    conn, err := t.dial(ctx, "tcp", cm.addr())
    // ...
    pconn.conn = conn      
    // ...
   
    go pconn.readLoop()
    go pconn.writeLoop()
    return pconn, nil
}

func (t *Transport) dial(ctx context.Context, network, addr string) (net.Conn, error) {
    // ...
    return t.DialContext(ctx, network, addr)
    // ...
}

在读协程 persisConn.readLoop 方法中，会读取来自服务端的响应，并添加到 persistConn.reqCh 中，供上游 persistConn.roundTrip 方法接收.

func (pc *persistConn) readLoop() { 
    // ...
    alive := true
    for alive {
        // ...
        rc := <-pc.reqch
        // ...
        var resp *Response
        // ...
        resp, err = pc.readResponse(rc, trace)
        // ...
        select{
            rc.ch <- responseAndError{res: resp}:
            // ...
        }
        // ...        
    }
}

在伴生协程persistConn.wireLoop()方法中，会通过 persistConn.writech 读取到客户端提交的请求，然后将其发送到服务端.

func (pc *persistConn) writeLoop() {    
    for {
        select {
        case wr := <-pc.writech:
            // ...
            err := wr.req.Request.write(pc.bw, pc.isProxy, wr.req.extra, pc.waitForContinue(wr.continueCh))
            // ...       
    }
}

归还连接

有复用连接的能力，就必然存在归还连接的机制.

首先，在构造新连接中途，倘若被打断，则可能会将连接放回队列以供复用：

func (t *Transport) getConn(treq *transportRequest, cm connectMethod) (pc *persistConn, err error) {
    // ...
    // 倘若连接获取失败，在 wantConn.cancel 方法中，会尝试将 tcp 连接放回队列中以供后续复用
    defer func() {
        if err != nil {
            w.cancel(t, err)
        }
    }()
    // ...
}

func (w *wantConn) cancel(t *Transport, err error) {
   // ...
    if pc != nil {
        t.putOrCloseIdleConn(pc)
    }
}

func (t *Transport) putOrCloseIdleConn(pconn *persistConn) {
    if err := t.tryPutIdleConn(pconn); err != nil {
        pconn.close(err)
    }
}

func (t *Transport) tryPutIdleConn(pconn *persistConn) error {
    // ...
    key := pconn.cacheKey
    // ...
    t.idleConn[key] = append(idles, pconn)
    // ...
    return nil
}

其次，倘若与服务端的一轮交互流程结束，也会将连接放回队列以供复用.

func (pc *persistConn) readLoop() {
    tryPutIdleConn := func(trace *httptrace.ClientTrace) bool {
        if err := pc.t.tryPutIdleConn(pc); err != nil {
            // ...
        }
        // ...
    }
    
    // ...
    alive := true
    for alive {
        // ...
        select {
        case bodyEOF := <-waitForBodyRead:
            // ...
            tryPutIdleConn(trace)
            // ...
        }           
    }
    
}

persistConn.roundTrip

一个连接 persistConn 是一个具有生命特征的角色. 它本身伴有 readLoop 和 writeLoop 两个守护协程，与上游应用者之间通过 channel 进行读写交互.

而其中扮演应用者这一角色的，正式本小节谈到的主流程中的方法：persistConn.roundTrip：

• 首先将 http 请求通过 persistConn.writech 发送给连接的守护协程 writeLoop，并进一步传送到服务端
• 其次通过读取 resc channel，接收由守护协程 readLoop 代理转发的客户端响应数据.

func (pc *persistConn) roundTrip(req *transportRequest) (resp *Response, err error) {
    // ...
    pc.writech <- writeRequest{req, writeErrCh, continueCh}
    resc := make(chan responseAndError)
    pc.reqch <- requestAndChan{
        req:        req.Request,
        cancelKey:  req.cancelKey,
        ch:         resc,
        // ...
    }
    // ...
    for {       
        select {
        // ...
        case re := <-resc:
            // ...
            return re.res, nil
        // ...
        }
    }
}

调用关键流程

• step1 - http.NewRequest(method, url string, body io.Reader) 创建请求
• step2 - http.Client.Do(req *Request) 发送请求&接收应答

整个http.Client.Do逻辑分为两道，第一道执行send发送请求接收Response，关闭Req.Body；第二层对请求执行重定向等操作(若需要redirect)，并关闭Resp.Body

http.Client.Do(req) => send(ireq *Request, rt RoundTripper, deadline time.Time)
  -> setRequestCancel(req, rt, deadline) 设置请求超时时间
  -> http.Client.RoundTrip(req) 

=> http.Client.RoundTrip(req) 
  -> http.Transport.t.getConn(treq, cm) 获取连接(新创建的 or 复用空闲连接) 
    -> http.Transport.queueForIdleConn(w *wantConn) 获取空闲连接
    -> http.Transport.dialConnFor(w *wantConn) -> http.Transport.dialConn(ctx context.Context, cm connectMethod) 创建新连接
      -> http.Transport.dial(ctx context.Context, network, addr string) -> http.Transport.DialContext(net.Dialer.DialContext)
      -> http.persistConn.readLoop() read http.Response(读取响应内容，并构建http.Response)
      -> http.persistConn.writeLoop() write http.Request(发送请求) 
  -> http.persistConn.roundTrip(treq) 发送请求，读取Response并返回

• step3 - http.Response.Body.Close() 关闭应答Body

HTTP Server

启动 http 服务

func PingHandler(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
	io.WriteString(w, "pong!")
}

func main() {
	http.HandleFunc("/ping", PingHandler)
	log.Fatal(http.ListenAndServe(":8080", nil))
}

1. 调用 http.HandleFunc 注册 handler 函数
2. 调用 http.ListenAndServe 启动 http 服务

路由注册

首先，我们调用http.HandleFunc("/ping", PingHandler)注册路径处理函数，这里将路径/ping的处理函数设置为PingHandler。处理函数的类型必须是：

func (http.ResponseWriter, *http.Request)

其中*http.Request表示 HTTP 请求对象，该对象包含请求的所有信息，如 URL、首部、表单内容、请求的其他内容等。

http.ResponseWriter是一个接口类型：

// net/http/server.go
type ResponseWriter interface {
  Header() Header
  Write([]byte) (int, error)
  WriteHeader(statusCode int)
}

用于向客户端发送响应，实现了ResponseWriter接口的类型显然也实现了io.Writer接口。所以在处理函数index中，可以调用fmt.Fprintln() 和 io.WriteString()向ResponseWriter写入响应信息。

仔细阅读net/http包中HandleFunc()函数的源码：

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

我们发现它直接调用了一个名为DefaultServeMux对象的HandleFunc()方法。DefaultServeMux是ServeMux类型的实例：

type ServeMux struct {
  mu    sync.RWMutex
  m     map[string]muxEntry
  es    []muxEntry // slice of entries sorted from longest to shortest.
  hosts bool       // whether any patterns contain hostnames
}

var DefaultServeMux = &defaultServeMux
var defaultServeMux ServeMux

像这种提供默认类型实例的用法在 Go 语言的各个库中非常常见，在默认参数就已经足够的场景中使用默认实现很方便。ServeMux保存了注册的所有路径和处理函数的对应关系。ServeMux.HandleFunc()方法如下：

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

这里将处理函数handler转为HandlerFunc类型，然后调用ServeMux.Handle()方法注册。注意这里的HandlerFunc(handler)是类型转换，而非函数调用，类型HandlerFunc的定义如下：

type HandlerFunc func(ResponseWriter, *Request)

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

HandlerFunc实际上是以函数类型func(ResponseWriter, *Request)为底层类型，为HandlerFunc类型定义了方法ServeHTTP。是的，Go 语言允许为（基于）函数的类型定义方法。Serve.Handle()方法只接受类型为接口Handler的参数：

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

func (mux *ServeMux) Handle(pattern string, handler Handler) {
    
  if mux.m == nil {
    mux.m = make(map[string]muxEntry)
  }
  e := muxEntry{h: handler, pattern: pattern}
  if pattern[len(pattern)-1] == '/' {
    mux.es = appendSorted(mux.es, e)
  }
  mux.m[pattern] = e
}

显然HandlerFunc实现了接口Handler。HandlerFunc类型只是为了方便注册函数类型的处理器。我们当然可以直接定义一个实现Handler接口的类型，然后注册该类型的实例：

type greeting string

func (g greeting) ServeHTTP(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
  fmt.Fprintln(w, g)
}

http.Handle("/greeting", greeting("Welcome, pepsi"))

我们基于string类型定义了一个新类型greeting，然后为它定义一个方法ServeHTTP()（实现接口Handler），最后调用http.Handle()方法注册该处理器。

注册了处理逻辑后，调用http.ListenAndServe(":8080", nil)监听本地计算机的 8080 端口，开始处理请求。下面看源码的处理：

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

ListenAndServe创建了一个Server类型的对象：

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

Server结构体有比较多的字段，我们可以使用这些字段来调节 Web 服务器的参数，如上面的ReadTimeout/ReadHeaderTimeout/WriteTimeout/IdleTimeout用于控制读写和空闲超时。在该方法中，先调用net.Listen()监听端口，将返回的net.Listener作为参数调用Server.Serve()方法：

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

在Server.Serve()方法中，使用一个无限的for循环，不停地调用Listener.Accept()方法接受新连接，开启新 goroutine 处理新连接：

func (srv *Server) Serve(l net.Listener) error {
  var tempDelay time.Duration // how long to sleep on accept failure
  for {
    rw, err := l.Accept()
    if err != nil {
      if ne, ok := err.(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", err, tempDelay)
        time.Sleep(tempDelay)
        continue
      }
      return err
    }
    tempDelay = 0
    c := srv.newConn(rw)
    go c.serve(connCtx)
  }
}

这里有一个指数退避策略的用法。如果l.Accept()调用返回错误，我们判断该错误是不是临时性地（ne.Temporary()）。如果是临时性错误，Sleep一小段时间后重试，每发生一次临时性错误，Sleep的时间翻倍，最多Sleep 1s。获得新连接后，将其封装成一个conn对象（srv.newConn(rw)），创建一个 goroutine 运行其serve()方法。省略无关逻辑的代码如下：

func (c *conn) serve(ctx context.Context) {
  for {
    w, err := c.readRequest(ctx)
    serverHandler{c.server}.ServeHTTP(w, w.req)
    w.finishRequest()
  }
}

serve()方法其实就是不停地读取客户端发送地请求，创建serverHandler对象调用其ServeHTTP()方法去处理请求，然后做一些清理工作。serverHandler只是一个中间的辅助结构，代码如下：

type serverHandler struct {
  srv *Server
}

func (sh serverHandler) ServeHTTP(rw ResponseWriter, req *Request) {
  handler := sh.srv.Handler
  if handler == nil {
    handler = DefaultServeMux
  }
  handler.ServeHTTP(rw, req)
}

从Server对象中获取Handler，这个Handler就是调用http.ListenAndServe()时传入的第二个参数。在Hello World的示例代码中，我们传入了nil。所以这里handler会取默认值DefaultServeMux。调用DefaultServeMux.ServeHTTP()方法处理请求：

func (mux *ServeMux) ServeHTTP(w ResponseWriter, r *Request) {
  h, _ := mux.Handler(r)
  h.ServeHTTP(w, r)
}

mux.Handler(r)通过请求的路径信息查找处理器，然后调用处理器的ServeHTTP()方法处理请求：

func (mux *ServeMux) Handler(r *Request) (h Handler, pattern string) {
  host := stripHostPort(r.Host)
  return mux.handler(host, r.URL.Path)
}

func (mux *ServeMux) handler(host, path string) (h Handler, pattern string) {
  h, pattern = mux.match(path)
  return
}

func (mux *ServeMux) match(path string) (h Handler, pattern string) {
  v, ok := mux.m[path]
  if ok {
    return v.h, v.pattern
  }

  for _, e := range mux.es {
    if strings.HasPrefix(path, e.pattern) {
      return e.h, e.pattern
    }
  }
  return nil, ""
}

上面的代码省略了大量的无关代码，在match方法中，首先会检查路径是否精确匹配mux.m[path]。如果不能精确匹配，后面的for循环会匹配路径的最长前缀。只要注册了/根路径处理，所有未匹配到的路径最终都会交给/路径处理。为了保证最长前缀优先，在注册时，会对路径进行排序。所以mux.es中存放的是按路径排序的处理列表：

func appendSorted(es []muxEntry, e muxEntry) []muxEntry {
  n := len(es)
  i := sort.Search(n, func(i int) bool {
    return len(es[i].pattern) < len(e.pattern)
  })
  if i == n {
    return append(es, e)
  }
  es = append(es, muxEntry{})
  copy(es[i+1:], es[i:])
  es[i] = e
  return es
}

创建ServeMux

调用http.HandleFunc()/http.Handle()都是将处理器/函数注册到ServeMux的默认对象DefaultServeMux上。使用默认对象有一个问题：不可控。

一来Server参数都使用了默认值，二来第三方库也可能使用这个默认对象注册一些处理，容易冲突。更严重的是，我们在不知情中调用http.ListenAndServe()开启 Web 服务，那么第三方库注册的处理逻辑就可以通过网络访问到，有极大的安全隐患。所以，除非在示例程序中，否则建议不要使用默认对象。

我们可以使用http.NewServeMux()创建一个新的ServeMux对象，然后创建http.Server对象定制参数，用ServeMux对象初始化Server的Handler字段，最后调用Server.ListenAndServe()方法开启 Web 服务：

func main() {
  mux := http.NewServeMux()
  mux.HandleFunc("/", index)
  mux.Handle("/greeting", greeting("Welcome, pepsi"))

  server := &http.Server{
    Addr:         ":8080",
    Handler:      mux,
    ReadTimeout:  20 * time.Second,
    WriteTimeout: 20 * time.Second,
  }
  server.ListenAndServe()
}

Middleware

有时候需要在请求处理代码中增加一些通用的逻辑，如统计处理耗时、记录日志、捕获宕机等等。如果在每个请求处理函数中添加这些逻辑，代码很快就会变得不可维护，添加新的处理函数也会变得非常繁琐。所以就有了中间件的需求。

中间件有点像面向切面的编程思想，但是与 Java 语言不同。在 Java 中，通用的处理逻辑（也可以称为切面）可以通过反射插入到正常逻辑的处理流程中，在 Go 语言中基本不这样做。

在 Go 中，中间件是通过函数闭包来实现的。Go 语言中的函数是第一类值，既可以作为参数传给其他函数，也可以作为返回值从其他函数返回。我们前面介绍了处理器/函数的使用和实现。那么可以利用闭包封装已有的处理函数。

首先，基于函数类型func(http.Handler) http.Handler定义一个中间件类型：

type Middleware func(http.Handler) http.Handler

接下来我们来编写中间件，最简单的中间件就是在请求前后各输出一条日志：

func WithLogger(handler http.Handler) http.Handler {
  return http.HandlerFunc(func(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
    logger.Printf("path:%s process start...\n", r.URL.Path)
    defer func() {
      logger.Printf("path:%s process end...\n", r.URL.Path)
    }()
    handler.ServeHTTP(w, r)
  })
}

实现很简单，通过中间件封装原来的处理器对象，然后返回一个新的处理函数。在新的处理函数中，先输出开始处理的日志，然后用defer语句在函数结束后输出处理结束的日志。接着调用原处理器对象的ServeHTTP()方法执行原处理逻辑。

类似地，我们再来实现一个统计处理耗时的中间件：

func Metric(handler http.Handler) http.HandlerFunc {
  return func (w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
    start := time.Now()
    defer func() {
      logger.Printf("path:%s elapsed:%fs\n", r.URL.Path, time.Since(start).Seconds())
    }()
    time.Sleep(1 * time.Second)
    handler.ServeHTTP(w, r)
  }
}

Metric中间件封装原处理器对象，开始执行前记录时间，执行完成后输出耗时。为了能方便看到结果，我在上面代码中添加了一个time.Sleep()调用。

最后，由于请求的处理逻辑都是由功能开发人员（而非库作者）自己编写的，所以为了 Web 服务器的稳定，我们需要捕获可能出现的 panic。PanicRecover中间件如下：

func PanicRecover(handler http.Handler) http.Handler {
  return http.HandlerFunc(func(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
    defer func() {
      if err := recover(); err != nil {
        logger.Println(string(debug.Stack()))
      }
    }()

    handler.ServeHTTP(w, r)
  })
}

调用recover()函数捕获 panic，输出堆栈信息，为了防止程序异常退出。实际上，在conn.serve()方法中也有recover()，程序一般不会异常退出。但是自定义的中间件可以添加我们自己的定制逻辑。

现在我们可以这样来注册处理函数：

mux.Handle("/a", PanicRecover(WithLogger(Metric(http.HandlerFunc(index)))))
mux.Handle("/greeting", PanicRecover(WithLogger(Metric(greeting("welcome, pepsi")))))

这种方式略显繁琐，我们可以编写一个帮助函数，它接受原始的处理器对象，和可变的多个中间件。对处理器对象应用这些中间件，返回新的处理器对象：

func applyMiddlewares(handler http.Handler, middlewares ...Middleware) http.Handler {
  for i := len(middlewares)-1; i >= 0; i-- {
    handler = middlewares[i](handler)
  }

  return handler
}

注意应用顺序是从右到左的，即右结合，越靠近原处理器的越晚执行。

利用帮助函数，注册可以简化为：

middlewares := []Middleware{
  PanicRecover,
  WithLogger,
  Metric,
}
mux.Handle("/", applyMiddlewares(http.HandlerFunc(index), middlewares...))
mux.Handle("/greeting", applyMiddlewares(greeting("welcome, pepsi"), middlewares...))

上面每次注册处理逻辑都需要调用一次applyMiddlewares()函数，还是略显繁琐。我们可以这样来优化，封装一个自己的ServeMux结构，然后定义一个方法Use()将中间件保存下来，重写Handle/HandleFunc将传入的http.HandlerFunc/http.Handler处理器包装中间件之后再传给底层的ServeMux.Handle()方法：

type MyMux struct {
  *http.ServeMux
  middlewares []Middleware
}

func NewMyMux() *MyMux {
  return &MyMux{
    ServeMux: http.NewServeMux(),
  }
}

func (m *MyMux) Use(middlewares ...Middleware) {
  m.middlewares = append(m.middlewares, middlewares...)
}

func (m *MyMux) Handle(pattern string, handler http.Handler) {
  handler = applyMiddlewares(handler, m.middlewares...)
  m.ServeMux.Handle(pattern, handler)
}

func (m *MyMux) HandleFunc(pattern string, handler http.HandlerFunc) {
  newHandler := applyMiddlewares(handler, m.middlewares...)
  m.ServeMux.Handle(pattern, newHandler)
}

注册时只需要创建MyMux对象，调用其Use()方法传入要应用的中间件即可：

middlewares := []Middleware{
  PanicRecover,
  WithLogger,
  Metric,
}
mux := NewMyMux()
mux.Use(middlewares...)
mux.HandleFunc("/", index)
mux.Handle("/greeting", greeting("welcome, pepsi"))

这种方式简单易用，但是也有它的问题，最大的问题是必须先设置好中间件，然后才能调用Handle/HandleFunc注册，后添加的中间件不会对之前注册的处理器/函数生效。

为了解决这个问题，我们可以改写ServeHTTP方法，在确定了处理器之后再应用中间件。这样后续添加的中间件也能生效。很多第三方库都是采用这种方式。http.ServeMux默认的ServeHTTP()方法如下：

func (m *ServeMux) ServeHTTP(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
  if r.RequestURI == "*" {
    if r.ProtoAtLeast(1, 1) {
      w.Header().Set("Connection", "close")
    }
    w.WriteHeader(http.StatusBadRequest)
    return
  }
  h, _ := m.Handler(r)
  h.ServeHTTP(w, r)
}

改造这个方法定义MyMux类型的ServeHTTP()方法也很简单，只需要在m.Handler(r)获取处理器之后，应用当前的中间件即可：

func (m *MyMux) ServeHTTP(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
  // ...
  h, _ := m.Handler(r)
  // 只需要加这一行即可
  h = applyMiddlewares(h, m.middlewares...)
  h.ServeHTTP(w, r)
}

思考题

再思考一下有没有其他实现方式

放在闭包中延迟执行

func (mux *MyMux) HandleFunc(pattern string, handler http.HandlerFunc) {
	mux.ServeMux.Handle(pattern, http.HandlerFunc(func(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
		h := applyMiddlewares(handler, mux.middlewares...)
		h.ServeHTTP(w, r)
	}))
}

思考题

根据最长前缀的逻辑，如果键入localhost:8080/hello/a/b/c/，应该会匹配/hello路径。 如果键入localhost:8080/a/b/c/，应该会匹配/路径。是这样么？

/hello/