最近看到字節(jié)跳動(dòng)開源了Go語言的Hertz，聲稱使用了 Non-blocking IO 網(wǎng)絡(luò)庫 Netpoll，所以性能非常強(qiáng)大，并給出了Echo的性能測(cè)試數(shù)據(jù)。

性能測(cè)試

相對(duì)于目前業(yè)界流行的 gin 框架，QPS提升超過100%，而且單次請(qǐng)求的數(shù)據(jù)包越大，性能提升越明顯。

熟悉Java的朋友看到 NIO 這個(gè)詞，應(yīng)該會(huì)有莫名的親切感。值得慶幸的是，現(xiàn)在終于有人用Go翻譯一波netty了。

在這之前，為了更好地理解Blocking IO，我們從 Web 框架入手，看 Go 內(nèi)置的 net/http 是如何工作的。

下面這段代碼展示了Gin框架中如何定義一個(gè)路由，并啟動(dòng)Server。代碼來自于 Github:gin-gonic/gin，我們從這段代碼入手，了解 http 的運(yùn)行機(jī)制。

package main

import (
  "net/http"
  "github.com/gin-gonic/gin"
)

func main() {
  r := gin.Default()
  r.GET("/ping", func(c *gin.Context) {
    c.JSON(http.StatusOK, gin.H{
      "message": "pong",
    })
  })
  r.Run() // 監(jiān)聽8080端口
}

在這段代碼中，r 是一個(gè) *gin.Engine 對(duì)象，它實(shí)現(xiàn)了 net/http下的Handler 接口：

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

第二步是設(shè)置路由和對(duì)應(yīng)的處理函數(shù)，*gin.Engine 對(duì)象嵌入了 struct RouterGroup，實(shí)現(xiàn)路由功能。Web開發(fā)中，這是所有業(yè)務(wù)邏輯的入口。

第三步是運(yùn)行服務(wù)，基本流程是三個(gè)tcp系統(tǒng)調(diào)用 socket, bind, listen，然后在 for 循環(huán)里調(diào)用 accept 接收新的tcp連接(更多細(xì)節(jié)參考Unix網(wǎng)絡(luò)編程卷一第四章)。

// 來源于Go源碼 net/http/server.go struct Server
func (srv *Server) ListenAndServe() error {
  if srv.shuttingDown() {
    return ErrServerClosed
  }
  addr := srv.Addr
  if addr == "" {
    addr = ":http"
  }
  ln, err := net.Listen("tcp", addr)
  if err != nil {
    return err
  }
  return srv.Serve(ln)
}

func (srv *Server) Serve(l net.Listener) error {
  // ... 省略一部分代碼

  origListener := l
  l = &onceCloseListener{Listener: l}
  defer l.Close()

  if err := srv.setupHTTP2_Serve(); err != nil {
    return err
  }

  // ... 省略一部分代碼

  ctx := context.WithValue(baseCtx, ServerContextKey, srv)
  for {
    rw, err := l.Accept()
    // ... 省略一部分代碼
    c := srv.newConn(rw)
    c.setState(c.rwc, StateNew, runHooks) // before Serve can return
    go c.serve(connCtx)
  }
}

到這里，HTTP還沒有登場(chǎng)，因?yàn)镠TTP是應(yīng)用層協(xié)議，而TCP是傳輸層協(xié)議。我們拿到 tcp connection 以后，HTTP協(xié)議體現(xiàn)在對(duì)數(shù)據(jù)包的處理上。

HTTP/1 仍然是一個(gè)超文本協(xié)議，HTTP/2 是一個(gè)基于幀的二進(jìn)制協(xié)議，并且支持了server端主動(dòng)推送。由于 HTTP/1 仍然是主流，我們這里先說 HTTP/1，它的報(bào)文分三部分：

1. 起始行
2. Headers 消息頭，以一個(gè)空行結(jié)束
3. Body 消息體

應(yīng)用程序可以方便地解析HTTP 請(qǐng)求和響應(yīng)。HTTP/1.1 已經(jīng)支持復(fù)用TCP連接，也就是說多個(gè)HTTP請(qǐng)求可以在同一個(gè)tcp conn上傳輸，那么client端如何把request和response 對(duì)應(yīng)起來呢？會(huì)有什么問題？HTTP/2中又是怎么做的？這里先挖個(gè)坑。

繼續(xù)看 net/http 的代碼，了解HTTP 如何在tcp conn之上工作的。主要邏輯如下：

// Serve a new connection.
func (c *conn) serve(ctx context.Context) {
  c.remoteAddr = c.rwc.RemoteAddr().String()
  ctx = context.WithValue(ctx, LocalAddrContextKey, c.rwc.LocalAddr())
  var inFlightResponse *response
  defer func() {...  // cleanup

  if tlsConn, ok := c.rwc.(*tls.Conn); ok {
    // ... 省略部分代碼
  }

  // HTTP/1.x from here on.
  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 {
    w, err := c.readRequest(ctx)
    // ... 省略部分代碼
    serverHandler{c.server}.ServeHTTP(w, w.req)
    // ... 省略一部分代碼
    w.finishRequest()
    // ... 省略一部分代碼
  }

這段代碼的前半部分是設(shè)置cleanup邏輯、初始化conn相關(guān)的變量，后半部分是在 for 循環(huán)里處理 HTTP 請(qǐng)求，體現(xiàn)為：

1. 讀取 tcp conn上的數(shù)據(jù)，并解析&組裝成一個(gè)請(qǐng)求，存儲(chǔ)到一個(gè)http.response對(duì)象里。
2. 通過 ServeHTTP 調(diào)用業(yè)務(wù)邏輯（路由轉(zhuǎn)發(fā)到特定處理函數(shù)），獲取響應(yīng)。
3. 把響應(yīng)報(bào)文寫入 tcp conn。

關(guān)于Gin框架和net/http 的邏輯到這里就介紹完了，大的流程參考下面這個(gè)思維導(dǎo)圖：

為什么 Blocking IO

當(dāng)我們聊到 Blocking IO 和 Non-blocking IO，通常是指一個(gè)線程調(diào)用 read 或 write 時(shí)，是否被阻塞：

• BIO: 線程被阻塞直到讀到數(shù)據(jù)或?qū)懭胪瓿伞?/span>
• NIO: 線程不被阻塞，可以去做其他事情，但是有數(shù)據(jù)到來或者寫入完成時(shí)，線程會(huì)接收到通知。

這里我們限定到網(wǎng)絡(luò)IO的情況，Go net/http 里BIO體現(xiàn)在兩個(gè)地方：

• case 1: listener 在for循環(huán)里等待接收新的tcp conn。
• case 2: conn 等待讀取新的 request。

// case 1
for {
  rw, err := l.Accept()
  // ... 省略一部分代碼
  c := srv.newConn(rw)
  c.setState(c.rwc, StateNew, runHooks) // before Serve can return
  go c.serve(connCtx)
}

// case 2
for {
  w, err := c.readRequest(ctx)
  // ... 省略部分代碼
  serverHandler{c.server}.ServeHTTP(w, w.req)
  // ... 省略一部分代碼
  w.finishRequest()
  // ... 省略一部分代碼
}

如果把 goroutine 當(dāng)成操作系統(tǒng)線程，我們可以把這種模式當(dāng)作BIO。由于在網(wǎng)絡(luò)IO上 Go語言對(duì) goroutine 的特殊實(shí)現(xiàn)，在細(xì)節(jié)上可能會(huì)有點(diǎn)爭(zhēng)議，有興趣的同學(xué)可以自己研究下。

要做到 NIO，典型的方式是通過 reactor 模式，替換上面的兩個(gè)for循環(huán)。在后面的文章中，我們介紹 hertz 框架的時(shí)候，會(huì)詳細(xì)聊一下這個(gè)方案。