深入理解Go标准库HTTPServer的启动-每日运维

如何用最少的代码创建一个HTTP server？

package main

import (
 "net"
 "net/http"
)

func main() {
 // 方式1
 err := http.ListenAndServe(":8080", nil)
 if err != nil {
   panic(err)
 }
}

点开http.ListenAndServe可以看到函数只是创建了Server类型并调用server.ListenAndServe()

所以下面的和上面的代码没有区别

package main

import (
 "net"
 "net/http"
)

func main() {
 // 方式2
 server := &http.Server{Addr: ":8080"}
 err := server.ListenAndServe()
 if err != nil {
  panic(err)
 }
}

ListenAndServe()如其名会干两件事

监听一个端口，即Listen的过程
处理进入端口的连接，即Serve的过程

所以下面的代码和上面的代码也没区别

package main

import (
 "net"
 "net/http"
)

func main() {
 // 方式3
 ln, err := net.Listen("tcp", ":8080")
 if err != nil {
  panic(err)
 }

 server := &http.Server{}
 err = server.Serve(ln)
 if err != nil {
  panic(err)
 }
}

一张图展示三种使用方式

图片

路由？no！Handler！

按上面的代码启动HTTP Server没有太大意义，因为我们还没有设定路由，所以无法正常响应请求

$ curl  127.0.0.1:8080 
404 page not found

暂停思考一下，服务器返回404是因为没有设定路由么？no，no，no，你需要转变一下思维。服务器返回404不是因为我们没有设置路由，而是因为没有设置请求的处理程序，这个处理程序在Go中叫作：Handler！

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

🌲 怎么定义请求的处理程序？

由上可知，仅需要实现ServeHTTP(ResponseWriter, *Request)接口即可

注意，示例代码没有判断任何路由（PATH）

type handlerImp struct {
}

func (imp handlerImp) ServeHTTP(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
 if r.Method == "GET" {
  w.Write([]byte("Receive GET request"))
  return
 }
 if r.Method == "POST" {
  w.Write([]byte("Receive POST request"))
  return
 }
 return
}

🌲 怎么设置请求的处理程序？

图片

三种方式本质上都是把自定义的Handler赋值到Server的Handler属性中

func main() {
 // 方式1
 // err := http.ListenAndServe(":8080", handlerImp{})
 // if err != nil {
 //  panic(err)
 // }

 // 方式2
 // server := &http.Server{Addr: ":8080", Handler: handlerImp{}}
 // err := server.ListenAndServe()
 // if err != nil {
 //  panic(err)
 // }

 // 方式3
 ln, err := net.Listen("tcp", ":8080")
 if err != nil {
  panic(err)
 }

 server := &http.Server{Handler:handlerImp{}}
 err = server.Serve(ln)
 if err != nil {
  panic(err)
 }
}

🌲 设置请求的处理程序之后的效果

handlerImp只针对Method做了不同的响应，没有对PATH做任何的判断，所以无论请求什么样的路径都能拿到一个预期的响应。

$ curl  -X POST 127.0.0.1:8080/foo
Receive POST request%  

$ curl  127.0.0.1:8080/foo/bar 
Receive GET request%

此时再体会一下这句话：我们设置的不是路由，而是设置请求的处理程序

再聊Handler

type handlerImp struct {
}

func (imp handlerImp) ServeHTTP(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
 if r.Method == "GET" {
  w.Write([]byte("Receive GET request"))
  return
 }
 if r.Method == "POST" {
  w.Write([]byte("Receive POST request"))
  return
 }
 return
}

如上所述，无论任何PATH，任何Method等，所有的请求都会被handlerImp.ServeHTTP处理。

我们可以判断PATH、Method等，根据不同的请求特征执行不同的逻辑，并且全部在这一个函数中全部完成

很明显，这违反了高内聚，低耦合的编程范式

停下来思考下，如何编写一个高内聚，低耦合的handlerImp.ServeHTTP，使之针对不同HTTP请求执行不同的逻辑呢

type handlerImp struct {
}

func (imp handlerImp) handleMethodGet(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
 w.Write([]byte("Receive GET request"))
 return
}

func (imp handlerImp) handleMethodPost(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
 w.Write([]byte("Receive POST request"))
 return
}

func (imp handlerImp) handlePathFoo(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
 w.Write([]byte("Receive path foo"))
 return
}

func (imp handlerImp) ServeHTTP(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
 if r.URL.Path == "/foo" {
  imp.handlePathFoo(w, r)
  return
 }
 if r.Method == "GET" {
  imp.handleMethodGet(w, r)
  return
 }
 if r.Method == "POST" {
  imp.handleMethodPost(w, r)
  return
 }
 return
}

如果你的答案和上面的代码类似，那么我对于这段代码的点评是：不太高明☹️

🌲 如何编写一个高内聚，低耦合的ServeHTTP，针对不同HTTP请求执行不同的逻辑？

不知道你有没有听过设计模式中，组合模式。没有了解可以去了解下，或者看下图

图片

经过组合模式重新设计的handlerImp，已经不再包含具体的逻辑了，它先搜索有没有针对PATH处理的逻辑，再搜索有没有针对Method处理的逻辑，它专注于逻辑分派，它是组合模式中的容器。

容器（Container）：容器接收到请求后会将工作分配给自己的子项目，处理中间结果，然后将最终结果返回给客户端。

type handlerImp struct {
 pathHandlers   map[string]http.Handler
 methodHandlers map[string]http.Handler
}

func NewHandlerImp() handlerImp {
 return handlerImp{
  pathHandlers:   make(map[string]http.Handler),
  methodHandlers: make(map[string]http.Handler),
 }
}

func (imp handlerImp) AddPathHandler(path string, h http.Handler) {
 imp.pathHandlers[path] = h
}

func (imp handlerImp) AddMethodHandler(method string, h http.Handler) {
 imp.methodHandlers[method] = h
}

func (imp handlerImp) ServeHTTP(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
 if h, ok := imp.pathHandlers[r.URL.Path]; ok {
  h.ServeHTTP(w, r)
  return
 }

 if h, ok := imp.methodHandlers[r.Method]; ok {
  h.ServeHTTP(w, r)
  return
 }

 return
}

重新设计的handlerImp不执行逻辑，实际的逻辑被分离到每一个叶子结点中，而每一个叶子结点也都实现了ServeHTTP函数，即Handler接口

type PathFoo struct {
}

func (m PathFoo) ServeHTTP(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
 w.Write([]byte("Receive path foo"))
 return
}

type MethodGet struct {
}

func (m MethodGet) ServeHTTP(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
 w.Write([]byte("Receive GET request"))
 return
}

type MethodPost struct {
}

func (m MethodPost) ServeHTTP(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
 w.Write([]byte("Receive POST request"))
 return
}

图片

再次强调，通过对组合模式的运用，我们把逻辑分派的功能聚合到handlerImp，把具体的逻辑聚合到PathFoo、MethodGet、MethodPost

func main() {
 // 方式3
 ln, err := net.Listen("tcp", ":8080")
 if err != nil {
  panic(err)
 }

 h := NewHandlerImp()
 h.AddMethodHandler("GET", MethodGet{})
 h.AddMethodHandler("POST", MethodPost{})
 h.AddPathHandler("/foo", PathFoo{})

 server := &http.Server{Handler: h}
 err = server.Serve(ln)
 if err != nil {
  panic(err)
 }
}

一些Handlers

上面实现的handlerImp利用组合设计模式，已经能针对Path和Method设定和处理不同的逻辑，但整体功能略显简单。有哪些可以供我们使用且功能强大的Handlers呢？

http.ServeMux

Go标准库中就提供了一个Handler实现叫作http.ServeMux

⚠️ 当前（go1.21.*）版本仅支持匹配Path，但目前已经在讨论支持Method匹配和占位符了：net/http: add methods and path variables to ServeMux patterns #60227[1]

使用的方式如下

http.ServeMux提供两个函数用于注册不同Path的处理函数

ServeMux.Handle 接收的是Handler接口实现
ServeMux.HandleFunc 接收的是匿名函数

type PathBar struct {
}

func (m PathBar) ServeHTTP(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
 w.Write([]byte("Receive path bar"))
 return
}

func main() {
 // 方式3
 ln, err := net.Listen("tcp", ":8080")
 if err != nil {
  panic(err)
 }

 mx := http.NewServeMux()
 mx.Handle("/bar/", PathBar{})
 mx.HandleFunc("/foo", func(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
  w.Write([]byte("Receive path foo"))
 })

 server := &http.Server{Handler: mx}
 err = server.Serve(ln)
 if err != nil {
  panic(err)
 }
}

代码mx.Handle("/bar/", PathBar{})中/bar/由/结尾，所以它可以匹配/bar/*所有的Path

关于http.ServeMux的细节不是本篇重点，后续会单独介绍

🌲 默认的Handler

因为是标准库内置的实现，当没有设置http.Server.Handler属性时，http.Server就会使用一个全局的变量DefaultServeMux *ServeMux来作为http.Server.Handler的值

var DefaultServeMux = &defaultServeMux

var defaultServeMux ServeMux

http包同时提供了两个函数可以在DefaultServeMux注册不同Path的处理函数

func main() {
 http.Handle("/bar/", PathBar{})
 http.HandleFunc("/foo", func(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
  w.Write([]byte("Receive path foo"))
 })

 // 方式1
 err := http.ListenAndServe(":8080", nil)
 if err != nil {
  panic(err)
 }
}

http.Handle 接收的是Handler接口实现，对应的是

func Handle(pattern string, handler Handler) { DefaultServeMux.Handle(pattern, handler) }

http.HandleFunc 接收的是匿名函数，对应的是

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

gorilla/mux[2]

gorilla/mux是一个相当流行的第三方库，用法这里简单写下

除了经典的Handle、HandleFunc函数，gorilla/mux还提供了Methods、Schemes、Host等非常复杂的功能

但无论多复杂，其一定包含了ServeHTTP函数，即实现了Handler接口

func main() {
 r := mux.NewRouter()
    r.Handle("/foo/{bar}", PathBar{})
 r.Handle("/bar/", PathBar{})
 r.HandleFunc("/foo", func(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
  w.Write([]byte("Receive path foo"))
 })
 r.Methods("GET").HandlerFunc(func(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
  w.Write([]byte("Receive GET request"))
 })

 // 方式1
 err := http.ListenAndServe(":8080", r)
 if err != nil {
  panic(err)
 }
}

其他

还有很多其他优秀的mux实现，具体可以参考各自的官方文档。

https://github.com/go-chi/chi star 15.9k

https://github.com/julienschmidt/httprouter star 15.6k

关于Go标准库、第三方库中这些结构的关系通过下图展示

图片

再聊组合模式

无论是官方的http.ServeMux，还是一些第三方库，实现上大多使用了组合设计模式

组合模式的魔力还不止于此。思考一下这个场景：目前已经存在路由servemux/*，并且使用了ServeMux

mx := http.NewServeMux()
mx.Handle("/servemux/bar/", PathBar{})
mx.HandleFunc("/servemux/foo", func(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
 w.Write([]byte("Receive servemux path foo"))
})

但此时还有另外一组路由/gorilla/*，使用了开源库gorilla/mux

r := mux.NewRouter()
r.Handle("/gorilla/bar/", PathBar{})
r.HandleFunc("/gorilla/foo", func(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
    w.Write([]byte("Receive gorilla path foo"))
})

如何启动这样的服务器呢？

func main() {
 mx := http.NewServeMux()
 mx.Handle("/servemux/bar/", PathBar{})
 mx.HandleFunc("/servemux/foo", func(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
  w.Write([]byte("Receive servemux path foo"))
 })

 r := mux.NewRouter()
 r.Handle("/gorilla/bar/", PathBar{})
 r.HandleFunc("/gorilla/foo", func(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
  w.Write([]byte("Receive gorilla path foo"))
 })

 h := http.NewServeMux()
 h.Handle("/servemux/", mx)
 h.Handle("/gorilla/", r)

 // 方式1
 err := http.ListenAndServe(":8080", h)
 if err != nil {
  panic(err)
 }
}

利用组合设计模式，h := http.NewServeMux()作为新的容器，将不同的路由分配给另外两个容器

mx := http.NewServeMux()
r := mux.NewRouter()

图片

总结

本文主要介绍了Go http server的启动方式，重点介绍了http server的请求处理器

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

别看它仅包含一个方法，但在组合模式的加成下，可以实现千变万化的形态。

除了Go标准库中提供了http.ServeMux还有一系列开源库gorilla/mux、go-chi/chi、julienschmidt/httprouter对Handler进行了实现。

每一个库具有的能力、使用方式、性能不同，但万变不离其宗，都绕不开组合模式和Handler接口

参考资料

[1]net/http: add methods and path variables to ServeMux patterns #60227: https://github.com/golang/go/discussions/60227

[2]gorilla/mux: https://github.com/gorilla/mux#gorillamux

[3]设计模式/结构型模式/组合模式: https://refactoringguru.cn/design-patterns/composite

深入理解Go标准库HTTPServer的启动

路由？no！Handler！

再聊Handler

一些Handlers

http.ServeMux

gorilla/mux[2]

其他

再聊组合模式

总结

参考资料

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