Web框架 -- 实现一个服务器抽象

Web 核心

在框架对比的时候，我们注意到对于一个 Web 框架来说，至少要提供三个抽象：

代表服务器的抽象，这里我们称之为 Server
代表上下文的抽象，这里我们称之为 Context
路由树

Server 概述

从前面框架对比来看，对于一个 Web 框架来说，我们首先要有一个整体代表服务器的抽象，也就是 Server。

Server 从特性上来说，至少要提供三部分功能：

生命周期控制：即启动、关闭。如果在后期，我们还要考虑增加生命周期回调特性
路由注册接口：提供路由注册功能
作为 http 包到 Web 框架的桥梁

http.Handler 接口

http 包暴露了一个接口，Handler。

它是我们引入自定义 Web 框架相关的连接点。

// ListenAndServe listens on the TCP network address addr and then calls
// Serve with handler to handle requests on incoming connections.
// Accepted connections are configured to enable TCP keep-alives.
//
// The handler is typically nil, in which case the DefaultServeMux is used.
//
// ListenAndServe always returns a non-nil error.
func ListenAndServe(addr string, handler Handler) error {
	server := &Server{Addr: addr, Handler: handler}
	return server.ListenAndServe()
}

Server 接口定义

Server 定义版本一：只组合 http.Handler。

优点：

用户在使用的时候只需要调用 http.ListenAndServe 就可以
和 HTTPS协议完全无缝衔接
极简设计

缺点：

难以控制生命周期，并且在控制生命周期的时候增加回调支持
缺乏控制力：如果将来希望支持优雅退出的功能，将难以支持

type Server interface {
	http.Handler
}

func TestServer(t *testing.T) {
	var s Server
	http.ListenAndServe(":8080", s)
	http.ListenAndServeTLS(":40000", "certFile", "keyFile", s)
}

Server 定义版本二：组合 http.Handler 并且增加 Start 方法

优点：

Server既可以当成普通的 http.Handler 来使用，又可以作为一个独立的实体，拥有自己的管理生命周期的能力
完全的控制，可以为所欲为

缺点：

如果用户不希望直接使用 ListenAndServeTLS 的方法，那么 Server 需要提供 HTTPS 的支持

版本一和版本二都直接耦合了 Go 自带的 http 包，如果我们希望切换为 fasthttp 或者类似的 http 包，则会非常困难。

type Server interface {
	http.Handler
	Start(addr string) error
}

func TestServer(t *testing.T) {
	var s Server
	s.Start(":8080")
}

注意：Start 方法可以不需要 addr 参数，那么在创建实现类的时候传入地址就可以。

Server 接口实现

该实现直接使用 http.ListenAndServe 来启动，后续可以根据需要替换为：

内部创建 http.Server 来启动
使用 http.Serve 来启动，换取更大的灵活性，如将端口监听和服务器启动分离等

ServeHTTP 则是我们整个 Web 框架的核心入口。我们将在整个方法内部完成：

Context 构建
路由匹配
执行业务逻辑

func Start() {
	var s Server = &HTTPServer{}
	var h1 HandleFunc = func(context *Context) {
		fmt.Println("步骤1")
		time.Sleep(time.Second)
	}
	var h2 HandleFunc = func(context *Context) {
		fmt.Println("步骤2")
		time.Sleep(time.Second)
	}
	s.AddRoute(http.MethodPost, "/user", func(context *Context) {
		// 循环调用多个 handlefunc
		h1(context)
		h2(context)
	})
	s.AddRoute(http.MethodPost, "/user", nil)
	// s.AddRoutes(http.MethodPost, "/user")
	// http.ListenAndServe(":8081", s)
	// http.ListenAndServeTLS("4000", "xxx", "aaa", s)
	s.Start(":8082")
}

type Context struct {
	Req    *http.Request
	Writer http.ResponseWriter
}

type HandleFunc func(*Context)

type Server interface {
	http.Handler
	Start(addr string) error
	// AddRoute 注册路由的核心抽象
	AddRoute(method, path string, handler HandleFunc)

	// 不支持这种签名，因为不知道怎么调度 handlers
	// 又或者用户一个都不传如何处理
	// AddRoutes(method, path string, handlers ...HandleFunc)
}

type HTTPServer struct {
}

func (m *HTTPServer) AddRoute(method, path string, handler HandleFunc) {

}

func (m *HTTPServer) Get(path string, handler HandleFunc) {
	m.AddRoute(http.MethodGet, path, handler)
}

func (m *HTTPServer) Post(path string, handler HandleFunc) {
	m.AddRoute(http.MethodPost, path, handler)
}

func (m *HTTPServer) Start(addr string) error {
	// 端口启动前
	listener, err := net.Listen("tcp", ":8081")
	if err != nil {
		return err
	}
	// 端口启动后
	// web 服务的服务发现
	// 注册本服务器到你的管理平台
	// 比如说你注册到 etcd，然后你打开管理界面，你就能看到这个实例
	// 10.0.0.1:8081
	println("成功监听端口 8081")

	// http.Serve 接收了一个 Listener
	return http.Serve(listener, m)
	
	// 这个是阻塞的
	return http.ListenAndServe(addr, m)
	// 你没办法在这里做点什么
}

type HTTPSServer struct {
	// HTTPServer
	Server
	CertFile string
	KeyFile  string
}

func (m *HTTPSServer) Start(addr string) error {
	return http.ListenAndServeTLS(addr, m.CertFile, m.KeyFile, m)
}

func (m *HTTPServer) ServeHTTP(writer http.ResponseWriter, request *http.Request) {
	ctx := &Context{
		Req:    request,
		Writer: writer,
	}
	// 接下来就是
	// 查找路由
	// 执行业务逻辑
	m.serve(ctx)
}

func (m *HTTPServer) serve(ctx *Context) {

}

注册路由 API 设计

暂时我们可以考虑先站在用户的角度，考虑如何注册路由。

大体上有两类方法：

针对任意方法的：如 Gin 和 Iris 的 Handle 方法、Echo 的 Add 方法
针对不同 HTTP 方法的：如 Get、POST、Delete，这一类方法基本上都是委托给前一类方法

AddRoute 方法

思考点：

AddRoute 方法只接收一个 HandleFunc。因为我希望它只注册业务逻辑。即便真有多个的场景，用户可以自己组合成一个。
如果允许注册多个，那么在实现的时候就要考虑，其中一个失败了，是否还允许继续执行下去；反过来，如果其中一个 HandleFunc 要中断执行，怎么中断。
这里我采用了新的名字 AddRoute，我认为这更加贴近这个方法本意。
- Handle：看上去像是处理什么东西，而实质上我们这里只是注册路由，所以用 AddRoute 会更加合适

type Server interface {
	http.Handler
	// Start 启动服务器
	// addr 是监听地址。如果只指定端口，可以使用 ":8081"
	// 或者 "localhost:8082"
	Start(addr string) error

	// addRoute 注册一个路由
	// method 是 HTTP 方法
	addRoute(method string, path string, handler HandleFunc)
	// 我们并不采取这种设计方案
	// addRoute(method string, path string, handlers... HandleFunc)
}

这里我们叫做 HandleFunc 而不是 HandlerFunc，采用动词 Handle 更加符合Go 的命名风格。

type HandleFunc func(ctx *Context)

其它三个框架都是允许注册多个，但其实用起来体验不会很好。

Gin 和 Iris 最后一个是不定参数，那么完全可以一个都不传，如 PUT("path")。这个在编译期无法发现
Echo 则是存在我希望 h 传入 nil 的可能。实际上 Echo 是将中间件注册逻辑和路由注册逻辑合并在了一起

AddRoute 衍生方法

针对不同 HTTP 方法的注册 API，都可以委托给 Handle 方法。这种设计思路很常用。

func (s *HTTPServer) Post(path string, handler HandleFunc) {
	s.addRoute(http.MethodPost, path, handler)
}

func (s *HTTPServer) Get(path string, handler HandleFunc) {
	s.addRoute(http.MethodGet, path, handler)
}

Untitled 4.png

ServeHTTP 方法

ServeHTTP 方法是作为 http 包与 Web 框架的关联点，需要在 ServeHTTP 内部，执行：

构建起 Web 框架的上下文
查找路由树，并执行命中路由的代码

type Context struct {
	Req  *http.Request
	Resp http.ResponseWriter
}

// ServeHTTP HTTPServer 处理请求的入口
func (s *HTTPServer) ServeHTTP(writer http.ResponseWriter, request *http.Request) {
	ctx := &Context{
		Req:  request,
		Resp: writer,
	}
	s.serve(ctx) // 查找路由，执行代码
}

func (s *HTTPServer) serve(ctx *Context) {
	n, ok := s.findRoute(ctx.Req.Method, ctx.Req.URL.Path)
	if !ok || n.handler == nil {
		ctx.Resp.WriteHeader(404)
		ctx.Resp.Write([]byte("Not Found"))
		return
	}
	n.handler(ctx)
}

Server 小结

HTTP 服务器的生命周期？一般来说就是启动、运行和关闭。在这三个阶段的前后都可以插入生命周期回调。一般来说，面试生命周期，多半都是为了问生命周期回调。例如说怎么做 Web 服务的服务发现？就是利用生命周期回调的启动后回调，将 Web 服务注册到服务中心。
HTTP Server 功能？记住在不同的框架里面有不同的叫法，比如说在 Gin 里面叫做 Engine，它们的基本功能都是提供路由注册，生命周期控制以及作为与 http 包结合的桥梁。

本作品采用知识共享署名-非商业性使用-相同方式共享 4.0 国际许可协议进行许可。