HTTP 框架修炼之道 | 青训营

news2024/11/16 12:41:20

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文章目录

  • HTTP 框架修炼之道 | 青训营
    • 走进 HTTP 协议
    • HTTP 框架的设计与实现
      • 应用层
      • 中间件层
      • 路由设计
      • 协议层
    • 传输层（网络层）
      • 1. BIO（Blocking I/O）:
      • 2. NIO（Non-blocking I/O）:
      • 区别：
    • 性能修炼之道与企业实践
      • 针对网络库的优化
      • 针对协议的优化

HTTP 框架修炼之道 | 青训营

  • 走进 HTTP 协议

  • HTTP 框架的设计与实现

  • 性能修炼之道与企业实践

走进 HTTP 协议

前后端通过http通信，负责对http请求解析，根据路由选择对应逻辑

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超文本通常包括文本、图像、音频、视频等多种媒体类型，这些内容通过链接与其他相关信息相互连接。最著名的超文本系统之一是万维网（World Wide Web，简称Web）

协议要素

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content-length 描述body有多少字节
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HTTP（Hypertext Transfer Protocol）是一种用于在Web上传输数据的应用层协议。HTTP请求通常由客户端（例如浏览器）发送给服务器，然后服务器响应请求并返回数据给客户端。以下是HTTP协议完整的请求流程以及请求中包含的内容：

  1. 建立TCP连接：在发送HTTP请求之前，客户端首先需要与服务器建立一个TCP连接。这通常涉及到域名解析（将域名解析为IP地址）和与服务器的三次握手握手过程以建立连接。

  2. 客户端发送HTTP请求：一旦建立了TCP连接，客户端会发送HTTP请求到服务器。HTTP请求通常包括以下部分：

    • 请求行：包含HTTP方法（例如GET、POST、PUT等）、请求的URL（Uniform Resource Locator）以及HTTP协议版本（例如HTTP/1.1）。

    • 请求头：包含关于请求的元信息，如Host（主机名）、User-Agent（用户代理，通常是浏览器的标识）、Accept（可接受的响应内容类型）、Cookies等。

    • 空行：一个空行用来分隔请求头和请求体。

    • 请求体：对于某些HTTP方法（如POST），请求体可以包含客户端发送给服务器的数据，例如表单数据或JSON。后面跟换行符

  3. 服务器处理请求：一旦服务器接收到HTTP请求，它会解析请求并采取相应的操作。这可能涉及到查询数据库、执行应用程序逻辑等。

  4. 服务器发送HTTP响应：服务器会生成HTTP响应并将其发送回客户端。HTTP响应通常包括以下部分：

    • 状态行：包含HTTP协议版本、响应状态代码和状态消息。例如，HTTP/1.1 200 OK表示请求成功。

    • 响应头：包含有关响应的元信息，如Server（服务器信息）、Content-Type（响应内容类型）、Content-Length（响应内容长度）等。

    • 空行：与请求一样，一个空行分隔响应头和响应体。

    • 响应体：包含服务器返回给客户端的实际数据，如HTML页面、JSON数据等。

  5. 关闭连接：一旦服务器发送完响应，服务器和客户端可以选择关闭TCP连接（HTTP/1.0通常会关闭，而HTTP/1.1默认保持连接以便复用）。

HTTP协议是无状态的，这意味着每个请求都是独立的，服务器不会在请求之间保留任何状态信息。如果需要跟踪用户状态，通常会使用Cookie等机制。

总之，HTTP协议的请求流程涉及建立连接、发送请求、处理请求、发送响应以及关闭连接。协议的具体细节和头部字段可能会根据HTTP版本和服务器配置而有所不同。HTTP/1.1和HTTP/2是较新的版本，它们引入了一些性能优化和新的功能。

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HTTP 框架的设计与实现

http框架聚焦于第四层之上——应用层

分层设计，使得可以使用下一层的接口，专注于本层开发即可

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http框架设计，也应分层设计

  • 分为五层，层与层解耦
  • 应用层 跟用户直接打交道的一层 对请求抽象 提供丰富API
  • 中间件层 对用户有预处理和后处理的逻辑
  • 路由层 寻址
  • 协议层 http1.1
  • 网络层
  • common 放一些公共逻辑

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应用层

提供合理API

ctx 通常代表一个上下文对象（用于在特定的执行环境中传递和共享数据、状态和方法），包含了与当前HTTP请求和响应相关的信息和方法。这种上下文对象通常由Web框架或服务器提供，以简化HTTP请求和响应的处理。

  • 可理解性：获取body，如ctx.GetBody()
  • 简单性：如ctx.Request.Header.Peek()
  • 冗余性：
    • getbody 和 body 不用一起存在
    • 不能某个接口是两个接口拼起来
  • 兼容性
  • 可测性
  • 可见性

不要试图在文档中说明，很多用户不看文档

中间件层

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在Go语言中以及许多HTTP框架中，“handler”（处理程序）通常是一个用于处理HTTP请求的函数、方法或对象。处理程序负责接收HTTP请求、执行相应的操作，然后生成HTTP响应。处理程序通常用于路由请求和处理请求的逻辑。以下是一些关于处理程序的常见情况：

  1. HTTP请求处理程序：

    • 在Go的标准库中，HTTP请求处理程序是一个函数，通常有两个参数：http.ResponseWriter 和 *http.Request。http.ResponseWriter 用于构建HTTP响应，*http.Request 包含了HTTP请求的信息（例如URL、HTTP方法、请求头等）。

    • 例如，以下是一个简单的HTTP请求处理程序示例，它回应一个 “Hello, World!” 消息：

      import (
    "fmt"
    "net/http"
)

func helloHandler(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
    fmt.Fprintln(w, "Hello, World!")
}

func main() {
    http.HandleFunc("/hello", helloHandler)
    http.ListenAndServe(":8080", nil)
}

  2. HTTP框架中的处理程序：

    • 许多HTTP框架（如Gin、Echo、Chi等）提供了自定义处理程序的概念，通常支持更灵活的路由和中间件配置。在这些框架中，处理程序可以是函数、结构体的方法，或者是实现了特定接口的类型。

    • 例如，在Gin框架中，您可以定义路由和处理程序如下：

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

func main() {
    r := gin.Default()
    r.GET("/hello", func(c *gin.Context) {
        c.String(http.StatusOK, "Hello, World!")
    })
    r.Run(":8080")
}

  3. 中间件：

    • 处理程序也可以是中间件函数，它们用于在实际请求处理程序之前或之后执行一些操作，如身份验证、日志记录、路由控制等。中间件函数通常接受一个处理请求的函数，并返回一个新的处理请求的函数。

    • 以下是一个简单的日志记录中间件的示例：

      func loggingMiddleware(next http.Handler) http.Handler {
    return http.HandlerFunc(func(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
        log.Println("Request received:", r.Method, r.URL.Path)
        next.ServeHTTP(w, r)
    })
}

总之，无论是在Go标准库还是在HTTP框架中，处理程序通常是用于处理HTTP请求的函数、方法或对象。这些处理程序负责执行与请求相关的操作，并生成HTTP响应。处理程序可以用于定义路由、中间件，以及应用程序的核心逻辑，它们是构建Web应用程序的重要组件。不同的框架可能有不同的实现和用法，但基本概念是相似的。

经过 日志-> Metrics 的预处理，再执行业务逻辑，再出去经过后处理

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解释上图的流程：

在某些Go语言的Web框架和中间件中，ctx.Next(c) 是用来调用下一个中间件或处理程序的方法。这种语法通常用于中间件函数中，以控制中间件链的执行流程。

具体来说，ctx 通常是一个上下文对象，Next(c) 是该上下文对象的方法。这个方法的作用是将请求传递给下一个中间件或处理程序，并继续执行下一个处理步骤。在处理HTTP请求时，中间件通常按照它们在链中的顺序依次执行，然后再将请求传递给实际的请求处理程序。

以下是一个使用ctx.Next(c) 的示例，假设您使用的是Gin框架的中间件：

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

func customMiddleware(c *gin.Context) {
    // 执行一些前置操作
    fmt.Println("Middleware: Before Request")

    // 调用下一个中间件或处理程序
    c.Next()

    // 执行一些后置操作
    fmt.Println("Middleware: After Request")
}

func main() {
    r := gin.Default()

    // 使用自定义中间件
    r.Use(customMiddleware)

    // 定义路由处理程序
    r.GET("/hello", func(c *gin.Context) {
        // 处理HTTP请求
        c.String(http.StatusOK, "Hello, World!")
    })

    r.Run(":8080")
}

在上述示例中，customMiddleware 是一个自定义中间件。在中间件中，它首先执行一些前置操作，然后调用 c.Next() 来将请求传递给下一个中间件或处理程序。在本例中，下一个处理程序是定义的路由处理程序，它会处理实际的HTTP请求。然后，中间件再执行一些后置操作。

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以下是对代码的解释：

  1. ctx.JSON(200, "ok")：

    • 这行代码通常用于处理HTTP请求并生成HTTP响应。
    • ctx 可能是一个上下文对象，用于表示HTTP请求和响应的上下文。
    • JSON 是一个方法，用于生成HTTP响应，并将数据以JSON格式返回给客户端。
    • 200 是HTTP响应的状态码，表示成功。
    • "ok" 是要返回给客户端的JSON数据。在这种情况下，它是一个简单的字符串，表示一切正常。

  2. h := server.New()：

    • 这行代码创建了一个名为 h 的新的服务器实例。
    • server 可能是一个自定义的服务器对象或框架中的服务器对象。
    • New() 是一个构造函数或工厂方法，用于创建服务器实例。

  3. h.Spin()：

    • 这行代码启动了服务器，使其开始监听传入的HTTP请求。
    • Spin() 可能是服务器对象中的一个方法，用于启动服务器并开始接受和处理HTTP请求。

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路由设计

框架路由的主要作用是将传入的URL映射到相应的处理函数（也称为处理程序或控制器）。当客户端发送一个HTTP请求时，这个请求通常包括一个URL（Uniform Resource Locator），URL表示了客户端想要访问的资源或执行的操作。

框架的路由系统的任务就是根据请求的URL来确定应该执行哪个处理函数来处理该请求。这个匹配过程通常基于一组路由规则，这些规则将特定的URL模式与特定的处理函数关联起来。当请求的URL与某个路由规则匹配时，框架就会调用相应的处理函数来处理请求。

例如，假设有一个简单的路由规则：

  • 当URL是 “/user” 时，执行名为 “handleUser” 的处理函数。
  • 当URL是 “/product” 时，执行名为 “handleProduct” 的处理函数。

如果客户端发送了一个HTTP请求，URL是 “/user”，框架的路由系统将会匹配这个请求到 “handleUser” 处理函数，然后执行与之关联的代码，以完成相应的操作。

总之，框架路由的目的是将URL映射到适当的处理函数，以便根据请求的内容执行相应的操作。这种机制使得Web应用程序能够根据不同的URL来呈现不同的页面或提供不同的服务。

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静态路由
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参数路由

提出公共的：或者 /

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协议层

完成对接口的拓展就能完成对协议的拓展

  • 不要把context写到struct，需要显示的通过函数的第一个参数传过来，需要context进行上下文传递
  • 需要传链接
  • 返回值，抛给上层error

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传输层（网络层）

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NIO（Non-blocking I/O）和BIO（Blocking I/O）是两种不同的I/O模型，它们描述了计算机系统中处理输入和输出的方式。以下是它们的具体含义以及它们之间的区别：

1. BIO（Blocking I/O）:

BIO是一种阻塞式I/O模型。在BIO中，当应用程序执行I/O操作时，它会阻塞（暂停）直到I/O操作完成。这意味着在进行I/O操作期间，应用程序不能执行其他任务，它必须等待数据准备好或者操作完成。

示例：

假设您编写一个简单的文件复制程序，使用BIO模型，代码可能如下：

package main

import (
    "io"
    "os"
)

func main() {
    sourceFile, err := os.Open("input.txt")
    if err != nil {
        panic(err)
    }
    defer sourceFile.Close()

    destFile, err := os.Create("output.txt")
    if err != nil {
        panic(err)
    }
    defer destFile.Close()

    buffer := make([]byte, 1024)
    for {
        bytesRead, err := sourceFile.Read(buffer)
        if err == io.EOF {
            break
        }
        if err != nil {
            panic(err)
        }
        destFile.Write(buffer[:bytesRead])
    }
}

在上面的代码中，inputStream.read(buffer) 和 outputStream.write(buffer, 0, bytesRead) 都是阻塞调用，它们会等待数据读取或写入完成。

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2. NIO（Non-blocking I/O）:

NIO是一种非阻塞式I/O模型。在NIO中，应用程序可以发起I/O操作，但不会等待操作完成。相反，它会继续执行其他任务，然后稍后检查操作的状态。这意味着一个线程可以管理多个I/O操作，提高了系统的并发性能。

示例：

使用Java NIO编写的文件复制程序可以如下所示：

FileChannel sourceChannel = new FileInputStream("input.txt").getChannel();
FileChannel destChannel = new FileOutputStream("output.txt").getChannel();

ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);

while (sourceChannel.read(buffer) != -1) {
    buffer.flip();
    destChannel.write(buffer);
    buffer.clear();
}

sourceChannel.close();
destChannel.close();

在上面的代码中，sourceChannel.read(buffer) 和 destChannel.write(buffer) 是非阻塞调用，它们不会等待数据读取或写入完成，而是继续执行后续代码。

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区别：

  1. 阻塞 vs. 非阻塞：

    • BIO是阻塞式I/O，意味着当执行I/O操作时，线程会被阻塞，直到操作完成。
    • NIO是非阻塞式I/O，线程不会被阻塞，可以继续执行其他任务。

  2. 并发性：

    • BIO通常需要为每个客户端连接创建一个新的线程，因此对于大量客户端的情况，线程开销会很大。
    • NIO允许一个线程管理多个I/O操作，因此可以更高效地处理大量并发连接。

  3. 编程复杂性：

    • BIO编程通常比较简单，因为它使用阻塞调用，代码顺序执行。
    • NIO编程较复杂，因为需要处理异步I/O操作和状态管理。

  4. 适用场景：

    • BIO适用于连接数较少但I/O操作较重的情况，如文件I/O或数据库连接。
    • NIO适用于需要处理大量并发连接，例如网络服务器或聊天应用程序。

总之，BIO和NIO是两种不同的I/O模型，它们在处理I/O操作时的工作方式不同。选择哪种模型通常取决于应用程序的需求和性能要求。

性能修炼之道与企业实践

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针对网络库的优化

go net

流式友好 小包性能高

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问题：需要用户在后台管理buffer 需要的开销比较大

解决：为每一个链接绑定一块buffer（4K左右）

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netpoll

中大包性能高 时延低

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针对协议的优化

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在HTTP协议中，“\r\n” 表示回车（Carriage Return）和换行（Line Feed），它们在HTTP报文中用于分隔报头（Header）字段。HTTP报头字段通常使用"\r\n"来表示字段之间的分隔，而字段的名称和值之间也使用"\r\n"来分隔。

例如，下面是一个HTTP请求的示例，其中使用了"\r\n"来分隔报头字段：

GET /index.html HTTP/1.1\r\n
Host: www.example.com\r\n
User-Agent: Mozilla/5.0\r\n
Accept: text/html\r\n
\r\n

在这个示例中，每个报头字段的名称和值之间都用"\r\n"分隔，而每个报头的末尾使用两个连续的"\r\n"来表示报头结束。这是HTTP协议中的硬线标准，表示了HTTP请求的正确格式。

总之，“hard line” 或 “hardline” 在计算机通信领域通常指的是一种严格要求的标准或规则，而在HTTP协议中，“\r\n” 用于表示回车和换行，是HTTP请求和响应中报头字段的分隔符。

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“request context” 池化技术指的是将请求上下文对象（通常称为 request context）放入池中以进行有效的重用的技术。这个概念通常用于高并发的服务器应用程序，特别是Web服务器，以减少对象的创建和垃圾回收（GC）的开销。

在Web服务器中，每个客户端请求通常都需要一个请求上下文对象，该对象用于存储与该请求相关的信息，例如请求头、请求参数、用户身份验证信息等等。在高并发情况下，频繁地创建和销毁这些请求上下文对象可能会导致性能问题，因为对象的创建和销毁都会涉及到内存分配和垃圾回收。

池化技术的核心思想是，当一个请求上下文对象不再需要时，它不会被立即销毁，而是放回到一个对象池（或请求上下文池）中，以备将来重用。这样做有几个好处：

  1. 减少对象创建和销毁开销：通过重用对象，减少了频繁的内存分配和垃圾回收，提高了性能。

  2. 降低内存占用：对象池控制了请求上下文对象的数量，防止了内存泄漏或内存溢出。

  3. 更稳定的响应时间：通过减少GC的发生频率，可以更稳定地维持低延迟和一致的响应时间。

使用池化技术时，通常会在服务器启动时创建一定数量的请求上下文对象，并将它们放入池中。然后，当请求到达时，可以从池中获取一个请求上下文对象，并在请求处理完成后将其返回池中，以供下一个请求使用。

这种技术需要小心管理对象的生命周期，以确保对象在适当的时候被释放回池中，以避免资源泄漏。常见的编程语言和框架通常提供了池化技术的实现

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