7天用Go从零实现Web框架Gee - gee-day1 - 《从零开始系列》

标准库启动Web服务
实现http.Handler接口
Gee框架的雏形

title: Go语言动手写Web框架 - Gee第一天 http.Handler
date: 2019-08-12 00:10:10
description: 7天用 Go语言从零实现Web框架教程(7 days implement golang web framework from scratch tutorial)，用 Go语言/golang 动手写Web框架，从零实现一个Web框架，以 Gin 为原型从零设计一个Web框架。本文介绍了Go标准库 net/http 和 http.Handler 接口的使用，拦截所有的 HTTP 请求，交给Gee框架处理。
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Go
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Web框架 - Gee
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Go语言
从零实现Web框架
动手写Web框架
net/http
image: post/gee/gee.jpg
github: https://github.com/geektutu/7days-golang
book: 七天用Go从零实现系列
book_title: Day1 HTTP 基础

本文是 7天用Go从零实现Web框架Gee教程系列的第一篇。

简单介绍net/http库以及http.Handler接口。
搭建Gee框架的雏形，代码约50行。

标准库启动Web服务

Go语言内置了 net/http库，封装了HTTP网络编程的基础的接口，我们实现的Gee Web 框架便是基于net/http的。我们接下来通过一个例子，简单介绍下这个库的使用。

day1-http-base/base1/main.go

package main
import (
    "fmt"
    "log"
    "net/http"
)
func main() {
    http.HandleFunc("/", indexHandler)
    http.HandleFunc("/hello", helloHandler)
    log.Fatal(http.ListenAndServe(":9999", nil))
}
// handler echoes r.URL.Path
func indexHandler(w http.ResponseWriter, req *http.Request) {
    fmt.Fprintf(w, "URL.Path = %q\n", req.URL.Path)
}
// handler echoes r.URL.Header
func helloHandler(w http.ResponseWriter, req *http.Request) {
    for k, v := range req.Header {
        fmt.Fprintf(w, "Header[%q] = %q\n", k, v)
    }
}

我们设置了2个路由，/和/hello，分别绑定 indexHandler 和 helloHandler ，根据不同的HTTP请求会调用不同的处理函数。访问/，响应是URL.Path = /，而/hello的响应则是请求头(header)中的键值对信息。

用 curl 这个工具测试一下，将会得到如下的结果。

$ curl http://localhost:9999/
URL.Path = "/"
$ curl http://localhost:9999/hello
Header["Accept"] = ["*/*"]
Header["User-Agent"] = ["curl/7.54.0"]

main 函数的最后一行，是用来启动 Web 服务的，第一个参数是地址，:9999表示在 9999 端口监听。而第二个参数则代表处理所有的HTTP请求的实例，nil 代表使用标准库中的实例处理。第二个参数，则是我们基于net/http标准库实现Web框架的入口。

实现http.Handler接口

package http
type Handler interface {
    ServeHTTP(w ResponseWriter, r *Request)
}
func ListenAndServe(address string, h Handler) error

第二个参数的类型是什么呢？通过查看net/http的源码可以发现，Handler是一个接口，需要实现方法 ServeHTTP ，也就是说，只要传入任何实现了 ServerHTTP 接口的实例，所有的HTTP请求，就都交给了该实例处理了。马上来试一试吧。

day1-http-base/base2/main.go

package main
import (
    "fmt"
    "log"
    "net/http"
)
// Engine is the uni handler for all requests
type Engine struct{}
func (engine *Engine) ServeHTTP(w http.ResponseWriter, req *http.Request) {
    switch req.URL.Path {
    case "/":
        fmt.Fprintf(w, "URL.Path = %q\n", req.URL.Path)
    case "/hello":
        for k, v := range req.Header {
            fmt.Fprintf(w, "Header[%q] = %q\n", k, v)
        }
    default:
        fmt.Fprintf(w, "404 NOT FOUND: %s\n", req.URL)
    }
}
func main() {
    engine := new(Engine)
    log.Fatal(http.ListenAndServe(":9999", engine))
}

我们定义了一个空的结构体Engine，实现了方法ServeHTTP。这个方法有2个参数，第二个参数是 Request ，该对象包含了该HTTP请求的所有的信息，比如请求地址、Header和Body等信息；第一个参数是 ResponseWriter ，利用 ResponseWriter 可以构造针对该请求的响应。
在 main 函数中，我们给 ListenAndServe 方法的第二个参数传入了刚才创建的engine实例。至此，我们走出了实现Web框架的第一步，即，将所有的HTTP请求转向了我们自己的处理逻辑。还记得吗，在实现Engine之前，我们调用 http.HandleFunc 实现了路由和Handler的映射，也就是只能针对具体的路由写处理逻辑。比如/hello。但是在实现Engine之后，我们拦截了所有的HTTP请求，拥有了统一的控制入口。在这里我们可以自由定义路由映射的规则，也可以统一添加一些处理逻辑，例如日志、异常处理等。
代码的运行结果与之前的是一致的。

Gee框架的雏形

我们接下来重新组织上面的代码，搭建出整个框架的雏形。

最终的代码目录结构是这样的。

gee/
  |--gee.go
  |--go.mod
main.go
go.mod

go.mod

day1-http-base/base3/go.mod

module example
go 1.13
require gee v0.0.0
replace gee => ./gee

在 go.mod 中使用 replace 将 gee 指向 ./gee

从 go 1.11 版本开始，引用相对路径的 package 需要使用上述方式。

main.go

day1-http-base/base3/main.go

package main
import (
    "fmt"
    "net/http"
    "gee"
)
func main() {
    r := gee.New()
    r.GET("/", func(w http.ResponseWriter, req *http.Request) {
        fmt.Fprintf(w, "URL.Path = %q\n", req.URL.Path)
    })
    r.GET("/hello", func(w http.ResponseWriter, req *http.Request) {
        for k, v := range req.Header {
            fmt.Fprintf(w, "Header[%q] = %q\n", k, v)
        }
    })
    r.Run(":9999")
}

看到这里，如果你使用过gin框架的话，肯定会觉得无比的亲切。gee框架的设计以及API均参考了gin。使用New()创建 gee 的实例，使用 GET()方法添加路由，最后使用Run()启动Web服务。这里的路由，只是静态路由，不支持/hello/:name这样的动态路由，动态路由我们将在下一次实现。

gee.go

day1-http-base/base3/gee/gee.go

package gee
import (
    "fmt"
    "net/http"
)
// HandlerFunc defines the request handler used by gee
type HandlerFunc func(http.ResponseWriter, *http.Request)
// Engine implement the interface of ServeHTTP
type Engine struct {
    router map[string]HandlerFunc
}
// New is the constructor of gee.Engine
func New() *Engine {
    return &Engine{router: make(map[string]HandlerFunc)}
}
func (engine *Engine) addRoute(method string, pattern string, handler HandlerFunc) {
    key := method + "-" + pattern
    engine.router[key] = handler
}
// GET defines the method to add GET request
func (engine *Engine) GET(pattern string, handler HandlerFunc) {
    engine.addRoute("GET", pattern, handler)
}
// POST defines the method to add POST request
func (engine *Engine) POST(pattern string, handler HandlerFunc) {
    engine.addRoute("POST", pattern, handler)
}
// Run defines the method to start a http server
func (engine *Engine) Run(addr string) (err error) {
    return http.ListenAndServe(addr, engine)
}
func (engine *Engine) ServeHTTP(w http.ResponseWriter, req *http.Request) {
    key := req.Method + "-" + req.URL.Path
    if handler, ok := engine.router[key]; ok {
        handler(w, req)
    } else {
        fmt.Fprintf(w, "404 NOT FOUND: %s\n", req.URL)
    }
}

那么gee.go就是重头戏了。我们重点介绍一下这部分的实现。

首先定义了类型HandlerFunc，这是提供给框架用户的，用来定义路由映射的处理方法。我们在Engine中，添加了一张路由映射表router，key 由请求方法和静态路由地址构成，例如GET-/、GET-/hello、POST-/hello，这样针对相同的路由，如果请求方法不同,可以映射不同的处理方法(Handler)，value 是用户映射的处理方法。
当用户调用(*Engine).GET()方法时，会将路由和处理方法注册到映射表 router 中，(*Engine).Run()方法，是 ListenAndServe 的包装。
Engine实现的 ServeHTTP 方法的作用就是，解析请求的路径，查找路由映射表，如果查到，就执行注册的处理方法。如果查不到，就返回 404 NOT FOUND 。

执行go run main.go，再用 curl 工具访问，结果与最开始的一致。

$ curl http://localhost:9999/
URL.Path = "/"
$ curl http://localhost:9999/hello
Header["Accept"] = ["*/*"]
Header["User-Agent"] = ["curl/7.54.0"]
curl http://localhost:9999/world
404 NOT FOUND: /world

至此，整个Gee框架的原型已经出来了。实现了路由映射表，提供了用户注册静态路由的方法，包装了启动服务的函数。当然，到目前为止，我们还没有实现比net/http标准库更强大的能力，不用担心，很快就可以将动态路由、中间件等功能添加上去了。