Golang Http 学习（二） Http Client 的实现

众所周知，在golang 中实现的 http client 是自带连接池的。当我们做 http 请求时，极有可能就是复用了之前建立的 tcp 连接。那这个连接池是如何实现的，今天我们一起来探究。

请求操作

一个http 的请求操作，核心操作是通过构造一个 Request 对象，然后返回一个 Response 对象。
在 http 包中，http 的server 实现与client 的实现共用了Request/Response 对象。在 http client 中，我们通过构造Request，发起请求，并通过读取的数据构造Response 对象，返回给客户端的使用者；而在Server端，通过读取网络数据，通过数据头构造 Request 对象，并将响应数据放入 Response 对象中；通过将 Response 对象写入网络连接中，实现一次HTTP的交互。

在http client 的实现时，所有类型的http请求，均来自于如下方法：

func (c *Client) do(req *Request) (retres *Response, reterr error) {}

do 方法中，考虑了重定向问题，以及请求cookie携带的相关问题。而最终发送 request 到获取 response ，来自于 RoundTriper 接口。该接口中仅有一个方法，是用来实现 Request 到 Response 转换的:

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

Transport 是我们最常用的 RoundTripper 接口的实现，它实现了http连接池的管理，连接的请求复用，并且是协程安全的。如果我们不指定，默认情况下 http 请求是使用 Transport 的实例 DefaultTransport 作为我们的 RoundTripper.

在 RoundTrip 中，抽象看来，主要有几个阶段：

1. 拿到一个连接
2. 发送Request，读取Response
3. 将连接返回给连接池

因此，下面我们从连接的管理维护、请求和响应的读写操作两个方面学习。

连接管理维护

连接的管理，Transport 中主要用到了如下的几个容器：

// 保存连接池， 按照Key 区分连接池
idleConn     map[connectMethodKey][]*persistConn
// 等待连接的队列
idleConnWait map[connectMethodKey]wantConnQueue
// 空闲连接的LRU，用于删除最近未使用的连接
idleLRU      connLRU
// 保存每个host 目前的连接数
connsPerHost     map[connectMethodKey]int
// 当前等待 Dial 的连接数
connsPerHostWait map[connectMethodKey]wantConnQueue

从上述的几个容器可以看到，主要保存了当前正在使用的连接池，当前正在等待连接的队列，以及当前通过Dial 请求连接的池子等。这些容器使用的维度为connectMethodKey. 这个结构的定义如下：

type connectMethodKey struct {
  // 代理，scheme，地址，
  proxy, scheme, addr string
  // 是否仅为 http1
  onlyH1              bool
}

可以看出，对于同一个connectMethodKey, 才会使用同一个连接池。
下面我们从获取一个连接开始，学习如何维护这个连接池。下面是获取连接的流程图：

1. 对于非Keeplive 的请求，则直接发起 Dial，不会复用连接。
2. 从上面的流程图中可以看到，我们的 wantConn 会放入两个队列 idleConnWait, connsPerHostWait。 当阻塞拿去连接时，如果有连接释放或者有新的连接成功连接，都会使我们拿到一个空闲连接。
3. 如果 Response 的 Body 关闭后，连接的读通道关闭，正常情况下会放入idleConn 连接池中。
4. 如果中间出现异常情况。例如：读操作失败，或者请求操作失败，该连接将不再被复用。
5. 如果在返回连接后，我们已经从idleConn 中拿到了一个连接，则返回后的连接将顺理成章的放入到空闲队列中。

在创建一个新的连接后，会启用两个新的goroutine： readLoop, writeLoop，用于连接的读操作和写操作。下面我们看看请求的读和写。

读写操作

http 请求，在同一个时刻是半双工的，要么是请求数据，要么是读取访问。在实现时，将读操作和写操作分别放在了不同的goroutine中，下面是一个从请求到Response 读取完成的时序图：

从图中可以看出，整体操作分为如下几个步骤：

1. 传递一个 WriteRequest 对象至WriteLoop中，将请求通过连接发送到远端。
2. 同时会发送一个读 Response 的消息至readLoop，readLoop 开始阻塞读取远程数据
3. 读取成功数据后，readLoop 协程中将Response 返回至调用方。
4. 当关闭了Response 的Body 后，将通知readLoop。
5. 写成功后，会发送写成功的消息至readLoop, 告知该连接是正常的，可以继续复用。
6. 此时开始连接将复用，继续等待开始读的事件。（即 将连接收回至空闲连接池中，等待被重新触发请求）

总结

http 的连接池的实现就简单的介绍到这里。从上面连接池的实现，对我们使用时也有很多的启发：

1. 尽可能早的关闭 Response 的Body， 方便做连接的回收。
2. 连接池使用时，可以充分使用同一个Transport，使我们可以充分连接池。
3. 结合使用场景，在Transport 中设置空闲连接的超时时间，最大空闲连接数量，每个连接的最大连接数等值。

由于代码较多，这里不从代码角度分析。可以参考 “https://github.com/lpflpf/go” 中的注释。