Golang web工作原理详解

[一. 为什么需要 Handler 与 ServerMux](#一. 为什么需要 Handler 与 ServerMux)

[二. 建立连接](#二. 建立连接)

[三. 路由分发](#三. 路由分发)

[1. ServerMux 是什么](#1. ServerMux 是什么)

[2. serverMux底层结构](#2. serverMux底层结构)

[3. Handler 是什么](#3. Handler 是什么)

4.自定义根处理器

[四. 业务处理](#四. 业务处理)

[1. r *http.Request ------ 请求(客户端 -> 服务器)](#1. r *http.Request —— 请求(客户端 -> 服务器))

[2. w http.ResponseWriter------ 响应（服务器 → 客户端）](#2. w http.ResponseWriter—— 响应（服务器 → 客户端）)

[3. 两者配合的完整流程](#3. 两者配合的完整流程)

在 Golang的Web编程中, http包是最核心的基础标准库, 其中 Handler 和 ServerMux 是整个 Web 请求处理流程的关键抽象, 下面我针对这两个核心功能进行详细解析。

一. 为什么需要 Handler 与 ServerMux

Web 服务要解决的本质问题:

一个 Web 服务器, 本质上需要解决三个问题：

监听端口，接收 HTTP 请求
根据请求路径找到对应的处理逻辑
执行处理逻辑并返回 HTTP 响应

在 golang 中，这三个问题被拆分为：

问题	golang中的抽象
接收请求	http.Server
路由分发	ServerMux
业务处理	Handler

其中Handler 负责做什么，ServerMux 负责找谁做

二. 建立连接

接收请求主要是使用http.Server来创建, 与我们一般编写的 http 服务器不同，go 为了实现高并发和高性能，使用了 goroutines 来处理 Conn 的读写事件，这样每个请求都能保持独立，相互不会阻塞，可以高效的响应网络事件。这是 go 高效的保证。

go 在等待客户端请求里面是这样写的：

Go 复制代码

c, err := srv.newConn(rw)
if err != nil {
    continue
}
go c.serve()

这里我们可以看到客户端的每次请求都会创建一个 Conn，这个 Conn 里面保存了该次请求的信息，然后再传递到对应的 handler，该 handler 中便可以读取到相应的 header 信息，这样保证了每个请求的独立性。

而go是如何让 Web 运行起来的呢也就是说

如何监听端口？
如何接收客户端请求？
如何分配 handler？

go 是通过一个函数 ListenAndServe 来处理这些事情的，这个底层其实这样处理的：初始化一个 server 对象，然后调用了 net.Listen("tcp", addr)，也就是底层用 TCP 协议搭建了一个服务，然后监控我们设置的端口。

对于ListenAndServe()是一个阻塞函数, 启动 HTTP 服务器并持续监听请求, 直到程序被中断

Go 复制代码

http.ListenAndServe(":8080", nil)

实际上等价于：

Go 复制代码

server := &http.Server{
    Addr:    ":8080",
    Handler: http.DefaultServeMux,
}
server.ListenAndServe()

这一步做了三件关键的事情：

创建 TCP Listener
进入 Accept 循环
为每个连接启动 goroutine

这样等待客户端连接就算建立TCP连接了。

三. 路由分发

1. ServerMux 是什么

ServerMux是go标准库提供的 HTTP 请求多路复用器, 它的作用就是根据请求路径, 选择一个合适的 Handler 来处理请求。

2. serverMux底层结构

Go 复制代码

type ServeMux struct {
    mu sync.RWMutex     // 锁，由于请求涉及到并发处理，因此这里需要一个锁机制
    m  map[string]muxEntry  // 路由规则，一个 string 对应一个 mux 实体，这里的 string 就是注册的路由表达式
    hosts bool         // 是否在任意的规则中带有 host 信息
}


type muxEntry struct {
    explicit bool    // 是否精确匹配
    h        Handler // 这个路由表达式对应哪个 handler
    pattern  string  // 匹配字符串
}


type Handler interface {
    ServeHTTP(ResponseWriter, *Request)  // 路由实现器
}

muxEntry就是 ServeMux 的路由项。你注册的每一个路由规则，如：

Go 复制代码

http.HandleFunc("/login", Login)
http.HandleFunc("/", Index)

都会被放入：

Go 复制代码

map[string]muxEntry {
    "/": {explicit: true, h: Index},
    "/login": {explicit: true, h: Login},
}

这个 map 就是存放路径来要告诉 ServeMux：访问某个路径时，应该调用哪一个 handler。

3. Handler 是什么

在 go 中，Handler 是一个接口：

Go 复制代码

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

Handler是一个接口：也就是一个能处理 HTTP 请求的对象

只要一个类型实现了ServerHTTP方法，它就是一个 Handler,

所有 HTTP 请求最终都通过调用某个实现了Handler接口的类型的ServerHTTP方法来处理。

像我们平时写的

Go 复制代码

func login(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {}

这是普通函数, 它是如何变成Handler呢？

其实底层关系如下

Go 复制代码

type HandlerFunc func(ResponseWriter, *Request)

func (f HandlerFunc) ServeHTTP(w ResponseWriter, r *Request) {
    f(w, r)
}

也就是说：

HandlerFunc是一个函数类型, 但它实现了Handler接口
所以HandlerFunc(pattern, fn)内部实际上是调用了Handle(pattern,HandlerFunc(fn)

换句话说就是: HandlerFunc是Handle的便捷封装，专为函数风格设计。

http.DefaultServeMux是一个全局默认的ServerMux实例

当你调用http.handler()或http.handleFunc()时, 实际上是向DefaultServeMux注册路由

而ServerMux本身也实现了Handler接口(因为它有ServerHTTP方法), 所以它可以作为根处理器传给服务器

Handler 的职责非常清晰：

读取请求数据
执行业务逻辑
写入响应数据

它不关心：

端口监听
路由匹配
并发调度
TCP 连接管理

示例：

Go 复制代码

func Index(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
    w.Write([]byte("Hello golang Web"))
}
func main(){
    http.HandleFunc("/index", Index)
    http.ListenAndServe(":8080", nil)
}

实际上, Index被适配成了一个 Handler。

当请求到来时：

bash 复制代码

请求路径 /index
    ↓
ServerMux 查找最匹配的路径
    ↓
返回对应的 Handler
    ↓
调用 Handler.ServeHTTP

Handler 的一次调用，只服务于一次 HTTP 请求

完整的HTTP请求处理流程：

客户端发送请求
Go HTTP 服务器接收到请求
调用根 Handler 的ServerHTTP方法(这里是DefaultServerMux)
ServerMux根据 URL 路径 /index 查找注册的Handler
找到匹配的Handler(比如你注册的函数或结构体)
调用该Handler的ServerHTTP方法
你的代码执行，写入响应(w.Write(...))
响应返回给客户端

4.自定义根处理器

其实我们可以完全不用ServerMux, 因为 http.ListenAndServe()的第二个参数就是Handler, 可以传入任意实现ServerHTTP的对象, 包括自定义路由器。

Go 复制代码

type MyRouter struct{}

func (mr *MyRouter) ServeHTTP(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
    if r.URL.Path == "/users" {
        w.Write([]byte("用户列表..."))
    } else {
        http.NotFound(w, r)
    }
}

// 启动
http.ListenAndServe(":8080", &MyRouter{})

四. 业务处理

流程: 读取请求 → 执行业务逻辑 → 写入响应

当读取请求之后就可以在Handler函数里面写入业务逻辑了

针对这样一个函数:

Go 复制代码

func Index(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
    w.Write([]byte("Hello golang Web"))
}

这两个参数对应的功能分别是:

w http.ResponseWriter(接口)：用于写入 HTTP 向客户端发送数据响应,你写回给浏览器的所有内容
r *http.Request(结构体)：表示当前收到的客户端 HTTP 完整请求,浏览器发过来的所有信息

1. r *http.Request ------ 请求(客户端 -> 服务器)

Go 复制代码

type Request struct {
    Method string        // GET / POST / PUT ...
    URL    *url.URL      // 请求的 URL
    Header Header        // 请求头
    Body   io.ReadCloser // 请求体
    ...
}

这是浏览器这次请求的全家桶, 我们能从 r 中获得:

（1）请求方式

Go 复制代码

r.Method

GET
POST
PUT
DELETE

常用于判断逻辑

（2）URL 和路径

Go 复制代码

r.URL.Path      // /index
r.URL.RawQuery  // a=1&b=2

例如：

bash 复制代码

http://localhost:8080/index?a=1&b=2

（3）查询参数（GET 参数）

bash 复制代码

name := r.URL.Query().Get("name")

（4）请求头 Header

bash 复制代码

r.Header.Get("User-Agent")
r.Header.Get("Content-Type")

请求头包含了浏览器信息、JSON、表单类型等信息

（5）请求体 Body（POST / PUT）

bash 复制代码

r.Body

表单数据
JSON
文件上传

注意：

Body只能读一次
本质上是一个流

2. w http.ResponseWriter------ 响应（服务器 → 客户端）

Go 复制代码

type ResponseWriter interface {
    Header() Header
    Write([]byte) (int, error)
    WriteHeader(statusCode int)
}

这是服务器响应的工具, 其中w可以:

（1）写响应体（最常用）

Go 复制代码

w.Write([]byte("Hello go web"))

也就是浏览器看到的内容

（2）写状态码

Go 复制代码

w.WriteHeader(http.StatusOK)        // 200
w.WriteHeader(http.StatusNotFound)  // 404

注意：

只能写一次
如果不写, 默认 200

（3）设置响应头

Go 复制代码

w.Header().Set("Content-Type", "text/html")

其必须在Write( )之前设置

完整示例

Go 复制代码

func Index(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
    w.Header().Set("Content-Type", "text/plain")
    w.WriteHeader(http.StatusOK)
    w.Write([]byte("Hello Go Web"))
}

3. 两者配合的完整流程

Go 复制代码

浏览器
   ↓
Request (r)
   ↓
Index(w, r)
   ↓
ResponseWriter (w)
   ↓
浏览器显示结果

这时有人要问为什么 r 是指针, 而 w 不是？

r *http. Request是指针

Request 结构体很大
避免拷贝
handler 可能修改它的一些字段

w http ResponseWriter是接口

屏蔽底层实现
可以是：
- HTTP/1.1
- HTTP/2
- 测试用 mock

这也是 golang 的经典设计：接口 + 组合

以上但不限于这些内容在相关流行框架中都会进行进一步封装, 便于我们更好开发使用, 本文只是针对golang web的学习进行一次梳理和总结。