最近看到字節跳動開源了Go語言的Hertz，聲稱使用了 Non-blocking IO 網絡庫 Netpoll，所以性能非常強大，并給出了Echo的性能測試數據。
性能測試
相對于目前業界流行的 gin 框架，QPS提升超過100%，而且單次請求的數據包越大，性能提升越明顯。
熟悉Java的朋友看到 NIO 這個詞，應該會有莫名的親切感。值得慶幸的是，現在終于有人用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路由，并啟動Server。代碼來自于 Github:gin-gonic/gin，我們從這段代碼入手，了解 http 的運行機制。
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() // 監聽8080端口
}
在這段代碼中，r 是一個 *gin.Engine 對象，它實現了 net/http下的Handler 接口：
type Handler interface {
ServeHTTP(ResponseWriter, *Request)
}第二步是設置路由和對應的處理函數，*gin.Engine 對象嵌入了 struct RouterGroup，實現路由功能。Web開發中，這是所有業務邏輯的入口。
第三步是運行服務，基本流程是三個tcp系統調用 socket, bind, listen，然后在 for 循環里調用 accept 接收新的tcp連接(更多細節參考Unix網絡編程卷一第四章)。
// 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，因為HTTP是應用層協議，而TCP是傳輸層協議。我們拿到 tcp connection 以后，HTTP協議體現在對數據包的處理上。
HTTP/1 仍然是一個超文本協議，HTTP/2 是一個基于幀的二進制協議，并且支持了server端主動推送。由于 HTTP/1 仍然是主流，我們這里先說 HTTP/1，它的報文分三部分：
- 起始行
- Headers 消息頭，以一個空行結束
- Body 消息體
應用程序可以方便地解析HTTP 請求和響應。HTTP/1.1 已經支持復用TCP連接，也就是說多個HTTP請求可以在同一個tcp conn上傳輸，那么client端如何把request和response 對應起來呢？會有什么問題？HTTP/2中又是怎么做的？這里先挖個坑。
繼續看 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置cleanup邏輯、初始化conn相關的變量，后半部分是在 for 循環里處理 HTTP 請求，體現為：
- 讀取 tcp conn上的數據，并解析&組裝成一個請求，存儲到一個http.response對象里。
- 通過 ServeHTTP 調用業務邏輯（路由轉發到特定處理函數），獲取響應。
- 把響應報文寫入 tcp conn。
關于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思維導圖：
為什么 Blocking IO
當我們聊到 Blocking IO 和 Non-blocking IO，通常是指一個線程調用 read 或 write 時，是否被阻塞：
- BIO: 線程被阻塞直到讀到數據或寫入完成。
- NIO: 線程不被阻塞，可以去做其他事情，但是有數據到來或者寫入完成時，線程會接收到通知。
這里我們限定到網絡IO的情況，Go net/http 里BIO體現在兩個地方：
- case 1: listener 在for循環里等待接收新的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 當成操作系統線程，我們可以把這種模式當作BIO。由于在網絡IO上 Go語言對 goroutine 的特殊實現，在細節上可能會有點爭議，有興趣的同學可以自己研究下。
要做到 NIO，典型的方式是通過 reactor 模式，替換上面的兩個for循環。在后面的文章中，我們介紹 hertz 框架的時候，會詳細聊一下這個方案。
