本篇文章来分析一下 Go 语言 HTTP 标准库是如何实现的。
本文使用的go的源码1.15.7
基于HTTP构建的服务标准模型包括两个端,客户端(Client
)和服务端(Server
)。HTTP 请求从客户端发出,服务端接受到请求后进行处理然后将响应返回给客户端。所以http服务器的工作就在于如何接受来自客户端的请求,并向客户端返回响应。
一个典型的 HTTP 服务应该如图所示:

HTTP client
在 Go 中可以直接通过 HTTP 包的 Get 方法来发起相关请求数据,一个简单例子:
- func main() {
- resp, err := http.Get("http://httpbin.org/get?name=luozhiyun&age=27")
- if err != nil {
- fmt.Println(err)
- return
- }
- defer resp.Body.Close()
- body, _ := ioutil.ReadAll(resp.Body)
- fmt.Println(string(body))
- }
我们下面通过这个例子来进行分析。
HTTP 的 Get 方法会调用到 DefaultClient 的 Get 方法,DefaultClient 是 Client 的一个空实例,所以最后会调用到 Client 的 Get 方法:

Client 结构体
- 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:表示 HTTP 事务,用于处理客户端的请求连接并等待服务端的响应;
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;
初始化请求
- func (c *Client) Get(url string) (resp *Response, err error) {
- // 根据方法名、URL 和请求体构建请求
- req, err := NewRequest("GET", url, nil)
- if err != nil {
- return nil, err
- }
- // 执行请求
- return c.Do(req)
- }
我们要发起一个请求首先需要根据请求类型构建一个完整的请求头、请求体、请求参数。然后才是根据请求的完整结构来执行请求。
NewRequest 初始化请求
NewRequest 会调用到 NewRequestWithContext 函数上。这个函数会根据请求返回一个 Request 结构体,它里面包含了一个 HTTP 请求所有信息。
Request
Request 结构体有很多字段,我这里列举几个大家比较熟悉的字段:

NewRequestWithContext
- func NewRequestWithContext(ctx context.Context, method, url string, body io.Reader) (*Request, error) {
- ...
- // parse url
- u, err := urlpkg.Parse(url)
- if err != nil {
- return nil, err
- }
- rc, ok := body.(io.ReadCloser)
- if !ok && body != nil {
- rc = ioutil.NopCloser(body)
- }
- u.Host = removeEmptyPort(u.Host)
- req := &Request{
- ctx: ctx,
- Method: method,
- URL: u,
- Proto: "HTTP/1.1",
- ProtoMajor: 1,
- ProtoMinor: 1,
- Header: make(Header),
- Body: rc,
- Host: u.Host,
- }
- ...
- return req, nil
- }
NewRequestWithContext 函数会将请求封装成一个 Request 结构体并返回。
准备 http 发送请求

如上图所示,Client 调用 Do 方法处理发送请求最后会调用到 send 函数中。
- func (c *Client) send(req *Request, deadline time.Time) (resp *Response, didTimeout func() bool, err error) {
- resp, didTimeout, err = send(req, c.transport(), deadline)
- if err != nil {
- return nil, didTimeout, err
- }
- ...
- return resp, nil, nil
- }
Transport
Client 的 send 方法在调用 send 函数进行下一步的处理前会先调用 transport 方法获取 DefaultTransport 实例,该实例如下:
- var DefaultTransport RoundTripper = &Transport{
- // 定义 HTTP 代理策略
- Proxy: ProxyFromEnvironment,
- DialContext: (&net.Dialer{
- Timeout: 30 * time.Second,
- KeepAlive: 30 * time.Second,
- DualStack: true,
- }).DialContext,
- ForceAttemptHTTP2: true,
- // 最大空闲连接数
- MaxIdleConns: 100,
- // 空闲连接超时时间
- IdleConnTimeout: 90 * time.Second,
- // TLS 握手超时时间
- TLSHandshakeTimeout: 10 * time.Second,
- ExpectContinueTimeout: 1 * time.Second,
- }

Transport 实现 RoundTripper 接口,该结构体会发送 http 请求并等待响应。
- type RoundTripper interface {
- RoundTrip(*Request) (*Response, error)
- }
从 RoundTripper 接口我们也可以看出,该接口定义的 RoundTrip 方法会具体的处理请求,处理完毕之后会响应 Response。
回到我们上面的 Client 的 send 方法中,它会调用 send 函数,这个函数主要逻辑都交给 Transport 的 RoundTrip 方法来执行。

RoundTrip 会调用到 roundTrip 方法中:
- func (t *Transport) roundTrip(req *Request) (*Response, error) {
- t.nextProtoOnce.Do(t.onceSetNextProtoDefaults)
- ctx := req.Context()
- trace := httptrace.ContextClientTrace(ctx)
- ...
- for {
- select {
- case <-ctx.Done():
- req.closeBody()
- return nil, ctx.Err()
- default:
- }
-
- // 封装请求
- treq := &transportRequest{Request: req, trace: trace, cancelKey: cancelKey}
- cm, err := t.connectMethodForRequest(treq)
- if err != nil {
- req.closeBody()
- return nil, err
- }
- // 获取连接
- pconn, err := t.getConn(treq, cm)
- if err != nil {
- t.setReqCanceler(cancelKey, nil)
- req.closeBody()
- return nil, err
- }
-
- // 等待响应结果
- var resp *Response
- if pconn.alt != nil {
- // HTTP/2 path.
- t.setReqCanceler(cancelKey, nil) // not cancelable with CancelRequest
- resp, err = pconn.alt.RoundTrip(req)
- } else {
- resp, err = pconn.roundTrip(treq)
- }
- if err == nil {
- resp.Request = origReq
- return resp, nil
- }
- ...
- }
- }
roundTrip 方法会做两件事情:
- 调用 Transport 的 getConn 方法获取连接;
- 在获取到连接后,调用 persistConn 的 roundTrip 方法等待请求响应结果;获取连接 getConn
getConn 有两个阶段:
调用 queueForIdleConn 获取空闲 connection;调用 queueForDial 等待创建新的 connection;

- func (t *Transport) getConn(treq *transportRequest, cm connectMethod) (pc *persistConn, err error) {
- req := treq.Request
- trace := treq.trace
- ctx := req.Context()
- if trace != nil && trace.GetConn != nil {
- trace.GetConn(cm.addr())
- }
- // 将请求封装成 wantConn 结构体
- w := &wantConn{
- cm: cm,
- key: cm.key(),
- ctx: ctx,
- ready: make(chan struct{}, 1),
- beforeDial: testHookPrePendingDial,
- afterDial: testHookPostPendingDial,
- }
- defer func() {
- if err != nil {
- w.cancel(t, err)
- }
- }()
-
- // 获取空闲连接
- if delivered := t.queueForIdleConn(w); delivered {
- pc := w.pc
- ...
- t.setReqCanceler(treq.cancelKey, func(error) {})
- return pc, nil
- }
-
- // 创建连接
- t.queueForDial(w)
-
- select {
- // 获取到连接后进入该分支
- case <-w.ready:
- ...
- return w.pc, w.err
- ...
- }
获取空闲连接 queueForIdleConn
成功获取到空闲 connection:

成功获取 connection 分为如下几步:
- 根据当前的请求的地址去空闲 connection 字典中查看存不存在空闲的 connection 列表;
- 如果能获取到空闲的 connection 列表,那么获取到列表的最后一个 connection;
- 返回;
获取不到空闲 connection:

当获取不到空闲 connection 时:
- 根据当前的请求的地址去空闲 connection 字典中查看存不存在空闲的 connection 列表;
- 不存在该请求的 connection 列表,那么将该 wantConn 加入到 等待获取空闲 connection 字典中;
从上面的图解应该就很能看出这一步会怎么操作了,这里简要的分析一下代码,让大家更清楚里面的逻辑:
- func (t *Transport) queueForIdleConn(w *wantConn) (delivered bool) {
- if t.DisableKeepAlives {
- return false
- }
-
- t.idleMu.Lock()
- defer t.idleMu.Unlock()
- t.closeIdle = false
-
- if w == nil {
- return false
- }
-
- // 计算空闲连接超时时间
- var oldTime time.Time
- if t.IdleConnTimeout > 0 {
- oldTime = time.Now().Add(-t.IdleConnTimeout)
- }
- // Look for most recently-used idle connection.
- // 找到key相同的 connection 列表
- if list, ok := t.idleConn[w.key]; ok {
- stop := false
- delivered := false
- for len(list) > 0 && !stop {
- // 找到connection列表最后一个
- pconn := list[len(list)-1]
- // 检查这个 connection 是不是等待太久了
- tooOld := !oldTime.IsZero() && pconn.idleAt.Round(0).Before(oldTime)
- if tooOld {
- go pconn.closeConnIfStillIdle()
- }
- // 该 connection 被标记为 broken 或 闲置太久 continue
- if pconn.isBroken() || tooOld {
- list = list[:len(list)-1]
- continue
- }
- // 尝试将该 connection 写入到 w 中
- delivered = w.tryDeliver(pconn, nil)
- if delivered {
- // 操作成功,需要将 connection 从空闲列表中移除
- if pconn.alt != nil {
- } else {
- t.idleLRU.remove(pconn)
- list = list[:len(list)-1]
- }
- }
- stop = true
- }
- if len(list) > 0 {
- t.idleConn[w.key] = list
- } else {
- // 如果该 key 对应的空闲列表不存在,那么将该key从字典中移除
- delete(t.idleConn, w.key)
- }
- if stop {
- return delivered
- }
- }
- // 如果找不到空闲的 connection
- if t.idleConnWait == nil {
- t.idleConnWait = make(map[connectMethodKey]wantConnQueue)
- }
- // 将该 wantConn 加入到 等待获取空闲 connection 字典中
- q := t.idleConnWait[w.key]
- q.cleanFront()
- q.pushBack(w)
- t.idleConnWait[w.key] = q
- return false
- }
上面的注释已经很清楚了,我这里就不再解释了。
建立连接 queueForDial

在获取不到空闲连接之后,会尝试去建立连接,从上面的图大致可以看到,总共分为以下几个步骤:
- 在调用 queueForDial 方法的时候会校验 MaxConnsPerHost 是否未设置或已达上限;
- 检验不通过则将当前的请求放入到 connsPerHostWait 等待字典中;
- 如果校验通过那么会异步的调用 dialConnFor 方法创建连接;
dialConnFor 方法首先会调用 dialConn 方法创建 TCP 连接,然后启动两个异步线程来处理读写数据,然后调用 tryDeliver 将连接绑定到 wantConn 上面。
下面进行代码分析:
- func (t *Transport) queueForDial(w *wantConn) {
- w.beforeDial()
- // 小于零说明无限制,异步建立连接
- if t.MaxConnsPerHost <= 0 {
- go t.dialConnFor(w)
- return
- }
-
- t.connsPerHostMu.Lock()
- defer t.connsPerHostMu.Unlock()
- // 每个 host 建立的连接数没达到上限,异步建立连接
- if n := t.connsPerHost[w.key]; n < t.MaxConnsPerHost {
- if t.connsPerHost == nil {
- t.connsPerHost = make(map[connectMethodKey]int)
- }
- t.connsPerHost[w.key] = n + 1
- go t.dialConnFor(w)
- return
- }
- //每个 host 建立的连接数已达到上限,需要进入等待队列
- if t.connsPerHostWait == nil {
- t.connsPerHostWait = make(map[connectMethodKey]wantConnQueue)
- }
- q := t.connsPerHostWait[w.key]
- q.cleanFront()
- q.pushBack(w)
- t.connsPerHostWait[w.key] = q
- }
这里主要进行参数校验,如果最大连接数限制为零,亦或是每个 host 建立的连接数没达到上限,那么直接异步建立连接。
dialConnFor
- func (t *Transport) dialConnFor(w *wantConn) {
- defer w.afterDial()
- // 建立连接
- pc, err := t.dialConn(w.ctx, w.cm)
- // 连接绑定 wantConn
- delivered := w.tryDeliver(pc, err)
- // 建立连接成功,但是绑定 wantConn 失败
- // 那么将该连接放置到空闲连接字典或调用 等待获取空闲 connection 字典 中的元素执行
- if err == nil && (!delivered || pc.alt != nil) {
- t.putOrCloseIdleConn(pc)
- }
- if err != nil {
- t.decConnsPerHost(w.key)
- }
- }
dialConnFor 会调用 dialConn 进行 TCP 连接创建,创建完毕之后调用 tryDeliver 方法和 wantConn 进行绑定。
dialConn
- func (t *Transport) dialConn(ctx context.Context, cm connectMethod) (pconn *persistConn, err error) {
- // 创建连接结构体
- pconn = &persistConn{
- t: t,
- cacheKey: cm.key(),
- reqch: make(chan requestAndChan, 1),
- writech: make(chan writeRequest, 1),
- closech: make(chan struct{}),
- writeErrCh: make(chan error, 1),
- writeLoopDone: make(chan struct{}),
- }
- ...
- if cm.scheme() == "https" && t.hasCustomTLSDialer() {
- ...
- } else {
- // 建立 tcp 连接
- conn, err := t.dial(ctx, "tcp", cm.addr())
- if err != nil {
- return nil, wrapErr(err)
- }
- pconn.conn = conn
- }
- ...
-
- if s := pconn.tlsState; s != nil && s.NegotiatedProtocolIsMutual && s.NegotiatedProtocol != "" {
- if next, ok := t.TLSNextProto[s.NegotiatedProtocol]; ok {
- alt := next(cm.targetAddr, pconn.conn.(*tls.Conn))
- if e, ok := alt.(http2erringRoundTripper); ok {
- // pconn.conn was closed by next (http2configureTransport.upgradeFn).
- return nil, e.err
- }
- return &persistConn{t: t, cacheKey: pconn.cacheKey, alt: alt}, nil
- }
- }
-
- pconn.br = bufio.NewReaderSize(pconn, t.readBufferSize())
- pconn.bw = bufio.NewWriterSize(persistConnWriter{pconn}, t.writeBufferSize())
- //为每个连接异步处理读写数据
- go pconn.readLoop()
- go pconn.writeLoop()
- return pconn, nil
- }
这里会根据 schema 的不同设置不同的连接配置,我上面显示的是我们常用的 HTTP 连接的创建过程。对于 HTTP 来说会建立 tcp 连接,然后为连接异步处理读写数据,最后将创建好的连接返回。
等待响应
这一部分的内容会稍微复杂一些,但确实非常的有趣。

在创建连接的时候会初始化两个 channel :writech 负责写入请求数据,reqch负责读取响应数据。我们在上面创建连接的时候,也提到了会为连接创建两个异步循环 readLoop 和 writeLoop 来负责处理读写数据。
在获取到连接之后,会调用连接的 roundTrip 方法,它首先会将请求数据写入到 writech 管道中,writeLoop 接收到数据之后就会处理请求。
然后 roundTrip 会将 requestAndChan 结构体写入到 reqch 管道中,然后 roundTrip 会循环等待。readLoop 读取到响应数据之后就会通过 requestAndChan 结构体中保存的管道将数据封装成 responseAndError 结构体回写,这样 roundTrip 就可以接受到响应数据结束循环等待并返回。
roundTrip
- func (pc *persistConn) roundTrip(req *transportRequest) (resp *Response, err error) {
- ...
- writeErrCh := make(chan error, 1)
- // 将请求数据写入到 writech 管道中
- pc.writech <- writeRequest{req, writeErrCh, continueCh}
-
- // 用于接收响应的管道
- resc := make(chan responseAndError)
- // 将用于接收响应的管道封装成 requestAndChan 写入到 reqch 管道中
- pc.reqch <- requestAndChan{
- req: req.Request,
- cancelKey: req.cancelKey,
- ch: resc,
- ...
- }
- ...
- for {
- testHookWaitResLoop()
- select {
- // 接收到响应数据
- case re := <-resc:
- if (re.res == nil) == (re.err == nil) {
- panic(fmt.Sprintf("internal error: exactly one of res or err should be set; nil=%v", re.res == nil))
- }
- if debugRoundTrip {
- req.logf("resc recv: %p, %T/%#v", re.res, re.err, re.err)
- }
- if re.err != nil {
- return nil, pc.mapRoundTripError(req, startBytesWritten, re.err)
- }
- // 返回响应数据
- return re.res, nil
- ...
- }
- }
这里会封装好 writeRequest 作为发送请求的数据,并将用于接收响应的管道封装成 requestAndChan 写入到 reqch 管道中,然后循环等待接受响应。
然后 writeLoop 会进行请求数据 writeRequest :
- func (pc *persistConn) writeLoop() {
- defer close(pc.writeLoopDone)
- for {
- select {
- case wr := <-pc.writech:
- startBytesWritten := pc.nwrite
- // 向 TCP 连接中写入数据,并发送至目标服务器
- err := wr.req.Request.write(pc.bw, pc.isProxy, wr.req.extra, pc.waitForContinue(wr.continueCh))
- ...
- case <-pc.closech:
- return
- }
- }
- }
这里会将从 writech 管道中获取到的数据写入到 TCP 连接中,并发送至目标服务器。
readLoop
- func (pc *persistConn) readLoop() {
- closeErr := errReadLoopExiting // default value, if not changed below
- defer func() {
- pc.close(closeErr)
- pc.t.removeIdleConn(pc)
- }()
- ...
- alive := true
- for alive {
- pc.readLimit = pc.maxHeaderResponseSize()
- // 获取 roundTrip 发送的结构体
- rc := <-pc.reqch
- trace := httptrace.ContextClientTrace(rc.req.Context())
-
- var resp *Response
- if err == nil {
- // 读取数据
- resp, err = pc.readResponse(rc, trace)
- } else {
- err = transportReadFromServerError{err}
- closeErr = err
- }
-
- ...
- // 将响应数据写回到管道中
- select {
- case rc.ch <- responseAndError{res: resp}:
- case <-rc.callerGone:
- return
- }
- ...
- }
- }
这里是从 TCP 连接中读取到对应的请求响应数据,通过 roundTrip 传入的管道再回写,然后 roundTrip 就会接受到数据并获取的响应数据返回。
http server
我这里继续以一个简单的例子作为开头:
- func HelloHandler(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
- fmt.Fprintf(w, "Hello World")
- }
- func main () {
- http.HandleFunc("/", HelloHandler)
- http.ListenAndServe(":8000", nil)
- }
在实现上面我先用一张图进行简要的介绍一下:

其实我们从上面例子的方法名就可以知道一些大致的步骤:
- 注册处理器到一个 hash 表中,可以通过键值路由匹配;
- 注册完之后就是开启循环监听,每监听到一个连接就会创建一个 Goroutine;
- 在创建好的 Goroutine 里面会循环的等待接收请求数据,然后根据请求的地址去处理器路由表中匹配对应的处理器,然后将请求交给处理器处理;注册处理器
处理器的注册如上面的例子所示,是通过调用 HandleFunc 函数来实现的。

HandleFunc 函数会一直调用到 ServeMux 的 Handle 方法中。
- func (mux *ServeMux) Handle(pattern string, handler Handler) {
- mux.mu.Lock()
- defer mux.mu.Unlock()
- ...
- e := muxEntry{h: handler, pattern: pattern}
- mux.m[pattern] = e
- if pattern[len(pattern)-1] == '/' {
- mux.es = appendSorted(mux.es, e)
- }
-
- if pattern[0] != '/' {
- mux.hosts = true
- }
- }
Handle 会根据路由作为 hash 表的键来保存 muxEntry
对象,muxEntry
封装了 pattern 和 handler。如果路由表达式以'/'
结尾,则将对应的muxEntry
对象加入到[]muxEntry
中。
hash 表是用于路由精确匹配,[]muxEntry
用于部分匹配。
监听
监听是通过调用 ListenAndServe 函数,里面会调用 server 的 ListenAndServe 方法:
- func (srv *Server) ListenAndServe() error {
- if srv.shuttingDown() {
- return ErrServerClosed
- }
- addr := srv.Addr
- if addr == "" {
- addr = ":http"
- }
- // 监听端口
- ln, err := net.Listen("tcp", addr)
- if err != nil {
- return err
- }
- // 循环接收监听到的网络请求
- return srv.Serve(ln)
- }
Serve
- func (srv *Server) Serve(l net.Listener) error {
- ...
- baseCtx := context.Background()
- ctx := context.WithValue(baseCtx, ServerContextKey, srv)
- for {
- // 接收 listener 过来的网络连接
- rw, err := l.Accept()
- ...
- tempDelay = 0
- c := srv.newConn(rw)
- c.setState(c.rwc, StateNew)
- // 创建协程处理连接
- go c.serve(connCtx)
- }
- }
Serve 这个方法里面会用一个循环去接收监听到的网络连接,然后创建协程处理连接。所以难免就会有一个问题,如果并发很高的话,可能会一次性创建太多协程,导致处理不过来的情况。
处理请求
处理请求是通过为每个连接创建 goroutine 来处理对应的请求:
- func (c *conn) serve(ctx context.Context) {
- c.remoteAddr = c.rwc.RemoteAddr().String()
- ctx = context.WithValue(ctx, LocalAddrContextKey, c.rwc.LocalAddr())
- ...
- ctx, cancelCtx := context.WithCancel(ctx)
- c.cancelCtx = cancelCtx
- defer cancelCtx()
- c.r = &connReader{conn: c}
- c.bufr = newBufioReader(c.r)
- c.bufw = newBufioWriterSize(checkConnErrorWriter{c}, 4<<10)
- for {
- // 读取请求
- w, err := c.readRequest(ctx)
- ...
- // 根据请求路由调用处理器处理请求
- serverHandler{c.server}.ServeHTTP(w, w.req)
- w.cancelCtx()
- if c.hijacked() {
- return
- }
- w.finishRequest()
- ...
- }
- }
当一个连接建立之后,该连接中所有的请求都将在这个协程中进行处理,直到连接被关闭。在 for 循环里面会循环调用 readRequest 读取请求进行处理。
请求处理是通过调用 ServeHTTP 进行的:
- type serverHandler struct {
- srv *Server
- }
-
- func (sh serverHandler) ServeHTTP(rw ResponseWriter, req *Request) {
- handler := sh.srv.Handler
- if handler == nil {
- handler = DefaultServeMux
- }
- if req.RequestURI == "*" && req.Method == "OPTIONS" {
- handler = globalOptionsHandler{}
- }
- handler.ServeHTTP(rw, req)
- }
serverHandler 其实就是 Server 包装了一层。这里的 sh.srv.Handler
参数实际上是传入的 ServeMux 实例,所以这里最后会调用到 ServeMux 的 ServeHTTP 方法。

最终会通过 handler 调用到 match 方法进行路由匹配:
- 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, ""
- }
这个方法里首先会利用进行精确匹配,如果匹配成功那么直接返回;匹配不成功,那么会根据 []muxEntry
中保存的和当前路由最接近的已注册的父节点路由进行匹配,否则继续匹配下一个父节点路由,直到根路由/
。最后会调用对应的处理器进行处理。
Reference
https://cloud.tencent.com/developer/article/1515297
https://duyanghao.github.io/http-transport
https://draveness.me/golang/docs/part4-advanced/ch09-stdlib/golang-net-http
https://laravelacademy.org/post/21003
https://segmentfault.com/a/1190000021653550
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