「Go框架」通过分析gin、beego框架来读懂web框架对http请求的处理流程

大家好，我是渔夫子。本号新推出「Go工具箱」系列，意在给大家分享使用go语言编写的、实用的、好玩的工具。同时了解其底层的实现原理，以便更深入地了解Go语言。

在实际工作中，大家一定会用到go的web框架。那么，你知道各框架是如何处理http请求的吗？今天就主流的web框架gin、beego框架以及go标准库net/http来总结一下http请求的流程。

一、标准库 net/http 的请求流程

首先，我们来看下http包是如何处理请求的。通过以下代码我们就能启动一个http服务，并处理请求：

import (
    "net/http"
)

func main() {
    // 指定路由
    http.Handle("/", &HomeHandler{})

    // 启动http服务
    http.ListenAndServe(":8000", nil)
}

type HomeHandler struct {}

// 实现ServeHTTP
func (h *HomeHandler) ServeHTTP(response http.ResponseWriter, request *http.Request) {
    response.Write([]byte("Hello World"))
}

当我们输入http://localhost:8000/的时候，就会执行到HomeHandler的ServeHTTP方法，并返回Hello World。

那这里为什么要给HomeHandler定义ServeHTTP方法，或者说为什么会执行到ServeHTTP方法中呢？

我们顺着http.ListenAndServe方法的定义：

func ListenAndServe(addr string, handler Handler) error

发现第二个参数是个Handler类型，而Handler是一个定义了ServeHTTP方法的接口类型：

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

似乎有了一点点关联，HomeHandler类型也实现了ServeHTTP方法。但我们在main函数中调用http.ListenAndServe(":8000", nil)的时候第二个参数传递的是nil，那HomeHandler里的ServeHTTP方法又是如何被找到的呢？

我们接着再顺着源码一层一层的找下去可以发现，在/src/net/http/server.go的第1930行有这么一段代码：

serverHandler{c.server}.ServeHTTP(w, w.req)

有个serverHandler结构体，包装了c.server。这里的c是建立的http连接，而c.server就是在http.ListenAndServe(":8000", nil)函数中创建的server对象：

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

server中的Handler就是http.ListenAndServe(":8000", nil)传递进来的nil。

好，我们进入 serverHandler{c.server}.ServeHTTP(w, w.req)函数中再次查看，就可以发现如下代码：

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

    handler.ServeHTTP(rw, req)
}

/src/net/http/server.go的第2859行到2862行，就是获取到server中的Handler，如果是nil，则使用默认的DefaultServeMux，然后调用了hander.ServeHTTP方法。

继续再看DefaultServeMux中的ServeHTTP方法，在/src/net/http/server.go中的第2416行，发现有一行h, _ := mux.Handler(r)和h.ServeHTTP方法的调用。这就是通过请求的路径查找到对应的handler，然后调用该handler的ServeHTTP方法。在开始的实例中，就是我们的HomeHandler的ServeHTTP方法。

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)
    h.ServeHTTP(w, r)
}

也就是说**ServeHTTP**方法是**net/http**包中规定好了要调用的，所以每一个页面处理函数都必须实现ServeHTTP方法。

二、gin框架的http的请求流程

gin框架对http的处理流程本质上都是基于go标准包net/http的处理流程的。 下面我们看下gin框架是如何基于net/http实现对一个请求处理的。
首先我们看通过gin框架是如何启动http服务的：

import (
    "github.com/gin-gonic/gin"
)
func main() {
    //  初始化gin中自定义的Engine结构体对象
    engine := gin.New()
    // 添加路由
    engine.GET("/", HomeHandler)
    // 启动http服务
    engine.Run(":8000")
}


func HomeHandler(ctx *gin.Context) {
    ctx.Writer.Write([]byte("Hi, this is gin Home page"))
}

我们查看engine.Run函数的源码，发现也是通过net/http包启动的http服务。如下：

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

    if engine.isUnsafeTrustedProxies() {
        debugPrint("[WARNING] You trusted all proxies, this is NOT safe. We recommend you to set a value.\n" +
            "Please check https://pkg.go.dev/github.com/gin-gonic/gin#readme-don-t-trust-all-proxies for details.")
    }

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

函数较短，在第11行，通过http.ListenAndServe(address, engine.Handler())函数启动的http服务。和第一节中的通过go的标准库net/http启动的服务方式一样，只不过第二个参数不是nil，而是engine.Handler()。

我们继续查看engine.Handler()函数的源码，发现该函数返回的是一个http.Handler类型。在源代码中，返回的是engine对象。这里暂且不讨论使用http2的情况。也就是说engine实现了http.Handler接口，即实现了http.Handler接口中的ServeHTTP函数。

func (engine *Engine) Handler() http.Handler {
    if !engine.UseH2C {
        //  这里直接返回了engine对象
        return engine
    }

    h2s := &http2.Server{}
    return h2c.NewHandler(engine, h2s)
}

我们再查看Engine结构体中实现的方法，发现有ServeHTTP函数的实现，如下：

// ServeHTTP conforms to the http.Handler interface.
func (engine *Engine) ServeHTTP(w http.ResponseWriter, req *http.Request) {
    c := engine.pool.Get().(*Context)
    c.writermem.reset(w)
    c.Request = req
    c.reset()

    engine.handleHTTPRequest(c)

    engine.pool.Put(c)
}

这里我们主要看第8行的engine.handleHTTPRequest(c)函数，代码如下：

func (engine *Engine) handleHTTPRequest(c *Context) {
    httpMethod := c.Request.Method
    rPath := c.Request.URL.Path
    //省略代码...
    // 根据请求的方法httpMethod和请求路径rPath查找对应的路由
    t := engine.trees
    for i, tl := 0, len(t); i < tl; i++ {
        if t[i].method != httpMethod {
            continue
        }
        root := t[i].root
        // 在路由树中找到了该请求路径的路由
        value := root.getValue(rPath, c.params, c.skippedNodes, unescape)
        if value.params != nil {
            c.Params = *value.params
        }
        if value.handlers != nil {
            c.handlers = value.handlers
            c.fullPath = value.fullPath
            c.Next()
            c.writermem.WriteHeaderNow()
            return
        }
        // 省略代码...
    }

    // 省略代码...
    // 没有找到路由，则返回404
    c.handlers = engine.allNoRoute
    serveError(c, http.StatusNotFound, default404Body)
}

主要看第14行的代码部分，根据请求的路径查找路由，找到了对应的路由，从路由中获取该路径对应的处理函数，赋值给该框架自定义的上下文对象c.handlers，然后执行c.Next()函数。

c.Next()函数实际上就是循环c.handlers，源码如下：

func (c *Context) Next() {
    c.index++
    for c.index < int8(len(c.handlers)) {
        c.handlers[c.index](c)
        c.index++
    }
}

而c.handlers是一个HandlersChain类型，如下：

type HandlersChain []HandlerFunc

HandlersChain类型本质上是一个HandlerFunc数组，而HandlerFunc类型的定义如下：

type HandlerFunc func(*Context)

这个函数类型是不是就是在注册路由engine.GET("/", HomeHandler)时HomeHandler的类型呢？如下是我们注册路由以及定义HomeHandler的代码：

import (
    "github.com/gin-gonic/gin"
)
func main() {
    //  初始化gin中自定义的Engine结构体对象
    engine := gin.New()
    // 添加路由
    engine.GET("/", HomeHandler)
    // 启动http服务
    engine.Run(":8000")
}


func HomeHandler(ctx *gin.Context) {
    ctx.Writer.Write([]byte("Hi, this is gin Home page"))
}

这样就形成了一个处理流程的闭环。我们总结下gin框架对http请求的处理流程。

• 首先，通过gin.New()创建一个Engine结构体实例，该Engine结构体实现了net/http包中的http.Handler接口中的ServeHTTP方法。
• 通过engine.Run函数启动服务。本质上也是通过net/http包中的http.ListenAndServe方法启动服务的，只不过是是将engine作为服务接收请求的默认handler。即Engine.ServeHTTP方法。
• 在Engine结构体的ServeHTTP方法中，通过路由查找找到该次请求的对应路由，然后执行对应的路由执行函数。即func(ctx *gin.Context)类型的路由。

以下是gin框架处理http请求的全景图：

三、beego框架的http请求处理流程

beego框架启动http服务并监听处理http请求本质上也是使用了标准包net/http中的方法。和gin框架不同的是，beego直接使用net/http包中的Server对象进行启动，而并没有使用http.ListenAndServe方法。但本质上是一样的，http.ListenAndServe方法的底层是也调用了net/http包中的Server对象启动的服务。

首先我们看下beego框架启动http服务的过程：

package main

import (
    "github.com/beego/beego/v2/server/web"
    beecontext "github.com/beego/beego/v2/server/web/context"
)
func main() {
    web.Get("/home", HomeHandler)

    web.Run(":8000")
}

func HomeHandler(ctx *beecontext.Context){
        ctx.Output.Body([]byte("Hi, this is beego home"))
}

在上述代码中，我们注册了一个 /home 路由，然后再8000端口上启动了http服务。接下来我们看下web.Run(":8000")的内部实现：

func Run(params ...string) {
    if len(params) > 0 && params[0] != "" {
        BeeApp.Run(params[0])
    }
    BeeApp.Run("")
}

在该函数中，调用了BeeApp的Run方法。 这里你会发现有两次BeeApp.Run调用，为什么要调用两次呢？这里其实不是一个bug。我们进BeeApp.Run函数就可以知道，其实Run方法运行后就阻塞了，不会进行最后的BeeApp.Run("")调用，所以不会出现两次调用。如下在第34行时，实际上是通过通道的输出方式进行了阻塞（这里为进行说明，只列出了相关的代码）：

func (app *HttpServer) Run(addr string, mws ...MiddleWare) {
    // init...
    app.initAddr(addr)
    app.Handlers.Init()

    addr = app.Cfg.Listen.HTTPAddr


    var (
        err        error
        l          net.Listener
        endRunning = make(chan bool, 1)
    )

    app.Server.Handler = app.Handlers
    
    if app.Cfg.Listen.EnableHTTP {
        go func() {
            app.Server.Addr = addr
            
            if app.Cfg.Listen.ListenTCP4 {
                // 省略...
            } else {
                if err := app.Server.ListenAndServe(); err != nil {
                    logs.Critical("ListenAndServe: ", err)
                    // 100毫秒 让所有的协程运行完成
                    time.Sleep(100 * time.Microsecond)
                    endRunning <- true
                }
            }
        }()
    }
    // 通过通道进行阻塞
    <-endRunning

我们再详细看下BeeApp实例。BeeApp是*HttpServer类型的实例，在导入包时，通过init函数进行的初始化。其定义如下：

var BeeApp *HttpServer

我们看下HttpServer的结构体包含的主要字段如下：

有两个关键的字段，一个是http.Server类型的Server，这个就是用来启动并监听服务。看吧，万变不离其宗，最终启动和监听服务还是使用go标准包中的net/http。

另外一个就是ControllerRegister类型的Handlers。这个字段就是用来管理路由和http请求的入口。我们看下ControllerRegister结构体的关键字段：

在ControllerRegister中关键的字段也有两个，一个是路由表routers，一个是进行路由匹配的FilterRouter类型。

我们再来看ControllerRegister结构体实现的方法中有一个是ServeHTTP方法，说明是实现了标准表net/http中的http.Handler接口，源码如下：

func (p *ControllerRegister) ServeHTTP(rw http.ResponseWriter, r *http.Request) {
    ctx := p.GetContext()

    ctx.Reset(rw, r)
    defer p.GiveBackContext(ctx)

    var preFilterParams map[string]string
    p.chainRoot.filter(ctx, p.getUrlPath(ctx), preFilterParams)
}

其中第8行的 p.chainRoot.filter(ctx, p.getUrlPath(ctx), preFilterParams)就是路由匹配的过程。实际的路由匹配和执行过程实际上是在ControllerRegister的serveHttp方法中，这里注意和http.Handler接口的ServerHTTP方法的首字母的大小写的区别。 serveHttp方法是在初始化chainRoot对象时指定的过滤函数，在第13行的newFilterRouter的第二个参数就是具体的路由匹配函数，如下：

func NewControllerRegisterWithCfg(cfg *Config) *ControllerRegister {
    res := &ControllerRegister{
        routers:  make(map[string]*Tree), //路由表，一个方法一棵树
        policies: make(map[string]*Tree),
        pool: sync.Pool{
            New: func() interface{} {
                return beecontext.NewContext()
            },
        },
        cfg:          cfg,
        filterChains: make([]filterChainConfig, 0, 4),
    }
    res.chainRoot = newFilterRouter("/*", res.serveHttp, WithCaseSensitive(false))
    return res
}

最后，我们再看下路由注册的过程。路由注册有三种方式，这里我们只看其中的一种：用可执行函数进行注册，如下：

web.Get("/home", HomeHandler)

func HomeHandler(ctx *beecontext.Context){
        ctx.Output.Body([]byte("Hi, this is beego home"))
}

这里HomeHandler就是一个函数类型。我们随着web.Get的源码一路找下去,发现最终会返回一个ControllerInfo路由信息：

func (p *ControllerRegister) createRestfulRouter(f HandleFunc, pattern string) *ControllerInfo {
    route := &ControllerInfo{}
    route.pattern = pattern
    route.routerType = routerTypeRESTFul
    route.sessionOn = p.cfg.WebConfig.Session.SessionOn
    route.runFunction = f
    return route
}

大家看，第6行的f就是HomeHandler这个函数，给路由的runFunction进行了赋值。 在路由匹配阶段，找到了对应的路由信息后，就执行route.runFunction即可。

好了，beego框架处理http请求的流程基本就是这样，具体的路由实现我们后续再单独起一篇文章介绍。如下是该框架处理http请求的一个全景图：

四、总结

通过以上两个流行的开源框架gin和beego以及go标准包net/http处理http请求的分析，可以得知所有的web框架启动http服务和处理http的流程都是基于go标准包net/http执行的。 其本质流程都都是通过net/http启动服务，然后调用handler中的ServeHTTP方法。而框架只要实现了http.Handler接口中的ServeHTTP方法，并作为http服务的默认入口，就可以在框架中的ServeHTTP方法中进行路由分发了。如下图：

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