Http协议与Http框架 ｜ 青训营；

Http协议与Http框架

1.什么是Http协议

1.1 http协议

HTTP（Hypertext Transfer Protocol）是一种用于在计算机网络上传输超文本的应用层协议。它是万维网的基础，并被用于在Web浏览器和Web服务器之间传输数据。

HTTP使用客户端-服务器模型，其中客户端发送HTTP请求，而服务器返回HTTP响应。客户端可以是Web浏览器、移动应用或其他任何能够发送HTTP请求的程序，而服务器是存储和处理资源的主机。

HTTP协议的主要特点包括：

1. 无连接性：每个HTTP请求和响应都是独立的，服务器在处理完请求后立即关闭连接。这种无连接性确保了协议的轻量级性。
2. 无状态性：HTTP协议本身不会在多次请求之间保持状态信息。每个请求都是相互独立的，服务器不会知道之前的请求和响应历史。为了实现状态管理，通常使用一些机制，如Cookies和Session。
3. 基于请求-响应模型：HTTP是一个请求-响应协议，客户端发送一个HTTP请求，服务器收到请求后进行处理，并返回一个HTTP响应。
4. URL定位资源：HTTP使用统一资源定位符（URL）来标识和定位Web资源。客户端使用URL来指定所需的资源。
5. 支持多种请求方法：HTTP定义了多种请求方法，最常见的是GET和POST。GET用于获取资源，而POST用于提交数据到服务器。
6. 状态码：HTTP响应包含一个状态码，用于指示请求的处理结果，如200表示成功，404表示未找到资源等。
7. 可扩展性：HTTP协议是可扩展的，可以通过添加新的头部字段或扩展请求方法来满足不同的需求。

HTTP协议通常在TCP/IP协议族上运行，使用端口号80（HTTP）或443（HTTPS）来进行通信。HTTPS是HTTP的安全版本，它在HTTP的基础上添加了SSL/TLS协议，用于加密数据传输，提供更安全的通信。

1.2 Go的一些http框架

1. net/http： 这是Go语言标准库中内置的HTTP包，提供了基本的HTTP服务器和客户端功能。虽然它是简单且易于使用的，但它不是一个全功能的框架，缺少一些高级功能。
2. Gin： Gin是一个轻量级的Web框架，具有出色的性能和高度的生产力。它基于net/http包构建，但提供了更多的功能，如中间件、路由组、JSON验证等。由于其速度快和易于使用，Gin成为了Go语言开发者中非常受欢迎的框架之一。
3. Echo： Echo是另一个流行的轻量级Web框架，它基于标准库的net/http包，并提供了一组易于使用的特性。Echo的设计目标是尽量减少样板代码，使开发更加简单和快速。它支持中间件、路由、HTTP处理器和模板渲染等功能。
4. Beego： Beego是一个全功能的Web框架，具有MVC架构，适用于构建大型和复杂的应用程序。它提供了丰富的功能，包括路由、ORM（对象关系映射）、验证、会话管理等。Beego支持模块化开发，并提供了开箱即用的工具和插件。
5. Iris： Iris是一个高性能的Web框架，被称为“最快的Go语言Web框架”。它具有强大的路由功能、中间件支持和高度的灵活性。Iris提供了可选的DI（依赖注入）容器和多语言模板渲染。
6. Revel： Revel是一个全功能的MVC Web框架，旨在促进快速开发和易于扩展。它提供了许多开箱即用的功能，如路由、ORM、模板渲染、会话管理等。
7. Fiber： Fiber是一个基于快速HTTP引擎Fasthttp的Web框架，具有非常高的性能。它支持中间件、路由、模板渲染和WebSocket等特性。

1.3 http的方法

1. GET：用于从服务器请求指定的资源。GET方法应该只用于获取数据，并且应该是安全和幂等的，即多次执行相同的GET请求应该返回相同的结果，并且不应该对服务器产生副作用。
2. POST：用于将数据提交到服务器以创建新的资源。POST请求可能会导致服务器状态的变化，因此它不是安全和幂等的。通常用于提交表单数据或在服务器上执行某些操作。
3. PUT：用于在服务器上更新指定的资源。PUT方法是幂等的，即对同一资源的多个PUT请求具有相同的结果。通常用于更新整个资源。
4. DELETE：用于删除服务器上的指定资源。DELETE方法是幂等的，即多次执行相同的DELETE请求应该具有相同的结果。
5. PATCH：用于对资源进行局部更新。与PUT不同，PATCH方法只更新资源的部分内容。
6. HEAD：类似于GET方法，但服务器只返回响应头部，不返回实际数据主体。用于检查资源是否存在以及获取资源的元数据，而不传输整个资源内容。
7. OPTIONS：用于获取服务器支持的HTTP方法列表，以及服务器的通信选项。
8. TRACE：用于对服务器执行一个“环回”诊断，返回服务器收到的请求的原始内容，用于测试和调试。
9. CONNECT：用于建立与代理服务器的隧道，通常用于HTTPS请求。

1.4 http各个版本优缺点

1. HTTP/1.0：

   优点：

   • 简单：HTTP/1.0是第一个版本的HTTP协议，非常简单，易于实现和理解。
   • 兼容性：由于早期的版本，几乎所有的浏览器和服务器都支持HTTP/1.0。

   缺点：

   • 效率低：HTTP/1.0每次请求只能获取一个资源，需要频繁建立和关闭连接，导致效率较低。
   • 多次连接：每个资源都需要单独的连接，增加了延迟和资源浪费。

2. HTTP/1.1：

   优点：

   • 持久连接：引入了持久连接（也称为连接复用），可以在同一连接上发送多个请求，减少了建立和关闭连接的开销，提高了效率。
   • 分块传输：引入了分块传输编码，允许边下载边解析，提高了页面加载速度。
   • 虚拟主机：支持在同一个IP地址上运行多个域名，提高了服务器资源的利用率。
   • 缓存控制：引入了更多的缓存控制机制，提高了缓存的效率和准确性。

   缺点：

   • 队头阻塞：由于连接复用的引入，一个请求阻塞会影响后续的请求，导致队头阻塞问题。

3. HTTP/2：

   优点：

   • 多路复用：HTTP/2引入了多路复用，可以在同一连接上同时发送多个请求和响应，解决了HTTP/1.x中的队头阻塞问题，提高了并发性能。
   • 头部压缩：使用HPACK算法对请求和响应头部进行压缩，减少了数据传输的大小，降低了延迟。
   • 二进制传输：HTTP/2使用二进制格式传输数据，相较于HTTP/1.x的文本格式，更加高效。
   • 服务器推送：服务器可以主动推送客户端可能需要的资源，减少了客户端请求的次数。

   缺点：

   • 部署困难：由于引入了新的特性，部署和配置HTTP/2可能相对复杂。

4. HTTP/3：

   优点：

   • 基于UDP：HTTP/3使用QUIC协议作为底层传输，基于UDP而不是TCP。QUIC解决了TCP的队头阻塞问题，并提供更快的连接建立和断开速度。
   • 零延迟连接：QUIC支持0-RTT连接，允许客户端在之前已建立连接的情况下，进行快速的重新连接。
   • 适应性：HTTP/3通过支持快速的连接迁移，允许客户端从移动网络切换到Wi-Fi等网络环境，而不会中断连接。

   缺点：

   • 较新的协议：HTTP/3仍然处于较新的阶段，可能在部分浏览器和服务器上没有广泛支持。
   • 迁移复杂：由于HTTP/3使用UDP作为底层传输，与现有的基于TCP的基础设施不兼容，迁移可能需要更多工作。

2. http框架的设计与实现

2.1 http的分层设计

HTTP（Hypertext Transfer Protocol）采用了分层设计的架构，这种设计允许不同层次的功能独立进行开发和演进，使得协议更加灵活和易于扩展。HTTP的分层设计主要包含以下几个层次：

1. 应用层（Application Layer） ： 应用层是HTTP协议的最顶层，它定义了HTTP协议的高级语义和数据格式。在这一层，HTTP定义了客户端和服务器之间的交互方式、请求方法、状态码、头部字段、URL格式、缓存控制等。应用层使用上层应用的数据并负责对数据的处理和传输。
2. 传输层（Transport Layer） ： 传输层负责在网络上传输应用层的数据。HTTP最常用的传输层协议是TCP（Transmission Control Protocol）。TCP提供了可靠的、面向连接的数据传输，确保数据的可靠性和顺序性。但是，随着HTTP/3的引入，HTTP开始使用基于UDP的QUIC协议作为传输层，以获得更好的性能和低延迟。
3. 网络层（Network Layer） ： 网络层负责在计算机网络中进行数据的路由和转发。它将传输层的数据分割成数据包，并将它们发送到目标服务器。网络层使用IP（Internet Protocol）来定义数据在网络中的传输方式。
4. 数据链路层（Data Link Layer） ： 数据链路层负责将数据包从一个节点传输到另一个节点。在数据链路层，数据被分成帧，并通过网络硬件设备（如网卡）发送。此层通常与特定的物理设备和网络技术相关。

2.2 http框架的分层设计

以下是HTTP框架的典型分层设计：

1. 路由层： 路由层是HTTP框架的入口点，负责处理传入的HTTP请求并将其分派到相应的处理程序。在这一层，定义了路由规则，将URL和HTTP方法与处理程序关联起来。路由层通常使用正则表达式或其他匹配规则来解析URL，并将请求转发给适当的处理程序。
2. 控制器层： 控制器层是应用程序的中间层，负责处理业务逻辑。在MVC模式中，控制器层负责接收请求、处理请求数据、调用模型层进行数据处理，并最终将结果返回给视图层。控制器层通常包含各种处理器函数或方法，用于处理不同类型的HTTP请求。
3. 模型层： 模型层负责处理数据和业务逻辑。它与数据库交互，执行数据查询、更新和存储操作。模型层还包含应用程序的业务逻辑，用于处理数据的验证、转换和处理。在一些框架中，模型层可能也包含ORM（对象关系映射）或其他数据持久化工具。
4. 视图层： 视图层负责处理响应的展示和渲染。它接收控制器层传递的数据，并将其呈现为适当的响应格式，如HTML、JSON、XML等。视图层通常使用模板引擎来处理动态内容，将数据填充到预定义的模板中，生成最终的响应。
5. 中间件层： 中间件层是一种横切关注点（Cross-cutting Concerns），负责在请求处理过程中添加通用功能，如日志记录、认证、授权、缓存等。中间件在路由层和控制器层之间进行操作，并可以在请求的前后对请求进行预处理和后处理。

3. http框架实战

3.1 性能优化

• 网络库

1.存下全部 Header 2.减少系统调用次数 3.能够复用内存 4.能够多次读

• 不同网络库对比

• go netl 流式友好 小包性能高

• netpoll 中大包性能高 时延低

• header的处理

• 1.通过 Header key 首字母快速筛除掉完全不可能的 key
• 2.解析对应 value 到独立字段
• 3.使用 byte slice 管理对应 header 存储，方便复用

4.基于前缀路由树的注册与查找的伪代码实现

下面示例中，我们使用Go语言实现了一个简单的前缀路由树，用于注册和查找字符串。通过Insert方法将字符串添加到树中，通过Search方法可以检查树中是否存在给定的字符串。

 // 定义前缀路由树的节点
 type TrieNode struct {
     Children map[rune]*TrieNode
     IsEndOfWord bool
 }
 ​
 // 定义前缀路由树
 type Trie struct {
     Root *TrieNode
 }
 ​
 // 初始化前缀路由树
 func NewTrie() *Trie {
     return &Trie{
         Root: &TrieNode{
             Children: make(map[rune]*TrieNode),
         },
     }
 }
 ​
 // 注册一个字符串到前缀路由树中
 func (t *Trie) Insert(word string) {
     node := t.Root
     for _, char := range word {
         if _, ok := node.Children[char]; !ok {
             node.Children[char] = &TrieNode{
                 Children: make(map[rune]*TrieNode),
             }
         }
         node = node.Children[char]
     }
     node.IsEndOfWord = true
 }
 ​
 // 查找前缀路由树中是否存在指定的字符串
 func (t *Trie) Search(word string) bool {
     node := t.Root
     for _, char := range word {
         if _, ok := node.Children[char]; !ok {
             return false
         }
         node = node.Children[char]
     }
     return node.IsEndOfWord
 }
 ​

 // 创建前缀路由树实例
 trie := NewTrie()
 ​
 // 注册一些字符串到前缀路由树中
 trie.Insert("apple")
 trie.Insert("banana")
 trie.Insert("orange")
 ​
 // 查找前缀路由树中是否存在指定的字符串
 fmt.Println(trie.Search("apple"))  // 输出 true
 fmt.Println(trie.Search("grape"))  // 输出 false
 ​