Gin 源码阅读(一)

初始化 Engine 对象

从官方提供的 demo 代码来逐行解析 gin 源码架构

r := gin.Default()
r.GET("/ping", func(c *gin.Context) {
  c.JSON(200, gin.H{
    "message": "pong",
  })
})
r.Run(":9999")

首先是 gin.Default(),如下

func Default() *Engine {
  // debug 信息
  debugPrintWARNINGDefault()
  // 返回了一个 Engine 结构体对象
  engine := New()
  // engine 使用两个全局中间件
  // 第一个是 logger,核心功能是通过 fmt.Fprint(out, formatter(param)) 来输出日志
  // 第二个是 recovery,核心功能是通过 defer func() { if err := recover(); err != nil { ... } } 来处理 panic 错误
  // 并将 panic 类型的错误转化为 500 服务器错误抛出 c.AbortWithStatus(http.StatusInternalServerError)
  // go 的 recover() 函数可以捕获抛出的 panic 类型错误
    engine.Use(Logger(), Recovery())
    return engine
}

// New 函数返回一个默认配置的 Engine 结构体对象
func New() *Engine {
    debugPrintWARNINGNew()
    engine := &Engine{
    // 路由集合
        RouterGroup: RouterGroup{
            Handlers: nil,
            basePath: "/",
            root:     true,
        },
        FuncMap:                template.FuncMap{},
        RedirectTrailingSlash:  true,
        RedirectFixedPath:      false,
        HandleMethodNotAllowed: false,
        ForwardedByClientIP:    true,
        AppEngine:              defaultAppEngine,
        UseRawPath:             false,
        RemoveExtraSlash:       false,
        UnescapePathValues:     true,
        MaxMultipartMemory:     defaultMultipartMemory,
        trees:                  make(methodTrees, 0, 9),
        delims:                 render.Delims{Left: "{{", Right: "}}"},
        secureJsonPrefix:       "while(1);",
  }
  // 依赖注入
    engine.RouterGroup.engine = engine
    engine.pool.New = func() interface{} {
        return engine.allocateContext()
    }
    return engine
}

// 注册全局中间件
func (engine *Engine) Use(middleware ...HandlerFunc) IRoutes {
    // 注册中间件
    engine.RouterGroup.Use(middleware...)
    engine.rebuild404Handlers()
    engine.rebuild405Handlers()
    return engine
}

func (group *RouterGroup) Use(middleware ...HandlerFunc) IRoutes {
    // 将全局中间件添加到 group.Handlers
    group.Handlers = append(group.Handlers, middleware...)
    return group.returnObj()
}

从上面可以看出,gin.Default 其实是返回了一个 gin 自定义的 Engine 结构体实例,并添加了两个默认中间件 loggerrecovery 分别用于记录日志和捕获 panic 错误,随后的操作都是对这个 Engine 实例的操作。

添加路由

接下来逐行解析路由挂载,首先是 r.GET("/ping", ...gin.HandlerFunc)

// Engine.GET 直接访问到 RouterGroup.GET 是因为
/**
type Engine struct {
    RouterGroup

    ...
}
*/
// RouterGroup 通过结构体语法直接挂载在了 Engine 结构体下,所以可以直接通过 Engine 访问 RouterGroup 的方法
func (group *RouterGroup) GET(relativePath string, handlers ...HandlerFunc) IRoutes {
    // http.MethodGet 是一个字符串常量 "GET"
    return group.handle(http.MethodGet, relativePath, handlers)
}

// group.handle
func (group *RouterGroup) handle(httpMethod, relativePath string, handlers HandlersChain) IRoutes {
    // 拼接绝对路径
    absolutePath := group.calculateAbsolutePath(relativePath)
    // 将所有的 HandlerFunc 组合在一起(其中包括中间件和主函数)
    handlers = group.combineHandlers(handlers)
    // 为当前方法和路由添加处理函数集合(handlers)
    group.engine.addRoute(httpMethod, absolutePath, handlers)
    // 最后返回 Engine 对象,可进行链式操作
    return group.returnObj()
}

// 合并 handler
func (group *RouterGroup) combineHandlers(handlers HandlersChain) HandlersChain {
    finalSize := len(group.Handlers) + len(handlers)
    // 最大数量为 63
    if finalSize >= int(abortIndex) {
        panic("too many handlers")
    }
    mergedHandlers := make(HandlersChain, finalSize)
    // 合并全局中间件(group.Handlers)和当前路由中间件和处理函数(handlers)
    copy(mergedHandlers, group.Handlers)
    copy(mergedHandlers[len(group.Handlers):], handlers)
    return mergedHandlers
}

// 注册路由
func (engine *Engine) addRoute(method, path string, handlers HandlersChain) {
    assert1(path[0] == '/', "path must begin with '/'")
    assert1(method != "", "HTTP method can not be empty")
    assert1(len(handlers) > 0, "there must be at least one handler")

    debugPrintRoute(method, path, handlers)
    // 获取该方法的节点缓存
    root := engine.trees.get(method)
    if root == nil {
        // 新建节点
        root = new(node)
        // 处理所有路径的函数
        root.fullPath = "/"
        // 在树中添加该节点
        engine.trees = append(engine.trees, methodTree{method: method, root: root})
    }
    // 为 root 节点添加子节点 node
    root.addRoute(path, handlers)
}

// node 结构
type node struct {
    path      string
    indices   string
    // 每种方法(如 GET)是一个父节点
    // 每个路径(如 /ping)都是一个子节点,通过 addRoute 添加到 children 中
    children  []*node
    handlers  HandlersChain
    priority  uint32
    nType     nodeType
    maxParams uint8
    wildChild bool
    fullPath  string
}

gin 对于路由定义的处理分为两步:

  1. 将全局中间件和单路由中间件及处理函数进行合并,得到一个 gin.HandlerFunc 数组;
  2. 将这个路由信息生成一个 node 节点,挂载在 Enginetrees 节点树中,不同的方法(如 GET、PUT...)成为父树,而不同的路径(如 /foo、/bar)则是子树,将 handlers 及其他信息挂载在这个 node 节点中,以便在未来使用。

启动应用

r.Run(":9999") 来进行解析,然后再回到 func(c *gin.Context) {c.JSON(200, gin.H{"message": "pong"})}

func (engine *Engine) Run(addr ...string) (err error) {
    defer func() { debugPrintError(err) }()

    // 处理地址
    address := resolveAddress(addr)
    debugPrint("Listening and serving HTTP on %s\n", address)
    // http.ListenAndServe 监听端口,传入 engine
    // http.ListenAndServe 的处理函数需要实现 ServeHTTP 方法,所以我们需要看 Engine 的 ServeHTTP 方法
    err = http.ListenAndServe(address, engine)
    return
}

func (engine *Engine) ServeHTTP(w http.ResponseWriter, req *http.Request) {
    // 对 *gin.Context 进行初始化
    // *gin.Context 是 gin 的核心,太庞大了,这里不做展开
    c := engine.pool.Get().(*Context)
    // 注入 http.ResponseWriter 和 *http.Request 到 *gin.Context 中
    c.writermem.reset(w)
    c.Request = req
    // 每一次网络请求都会调用 c.reset() 对 *gin.Context 进行重置
    c.reset()

    // 处理网络请求,进行响应(也是在这里做最终的路由匹配)
    engine.handleHTTPRequest(c)

    // 在对象池进行缓存,减少创建开销
    engine.pool.Put(c)
}

// 核心处理函数
func (engine *Engine) handleHTTPRequest(c *Context) {
    // 从注入的依赖中取出请求方法及请求路径
    httpMethod := c.Request.Method
    rPath := c.Request.URL.Path
    
    //...

    t := engine.trees
    for i, tl := 0, len(t); i < tl; i++ {
        // 判断请求方法是否能匹配到节点
        if t[i].method != httpMethod {
            continue
        }
        root := t[i].root
        // 匹配路由,到这里就比较简单了,这里不做展开
        // value 中包含了 handlers
        value := root.getValue(rPath, c.Params, unescape)
        if value.handlers != nil {
            c.handlers = value.handlers
            c.Params = value.params
            c.fullPath = value.fullPath
            // c.Next() 就是遍历 handlers,按顺序依次执行
            // 也就完成了所有中间件及最终响应函数的执行,该函数在下面有展开
            c.Next()
            c.writermem.WriteHeaderNow()
            return
        }
        //...
    }
    // 无匹配项,404 错误处理
    serveError(c, http.StatusNotFound, default404Body)
}

func (c *Context) Next() {
    c.index++
    for c.index < int8(len(c.handlers)) {
        c.handlers[c.index](c)
        c.index++
    }
}

// c.Next() 最终执行了 func(c *gin.Context) {c.JSON(200, gin.H{"message": "pong"})}
// c.JSON
func (c *Context) JSON(code int, obj interface{}) {
    // 调用 render
    c.Render(code, render.JSON{Data: obj})
}

func (c *Context) Render(code int, r render.Render) {
    c.Status(code)
    // ...

    // 最终调用 render.JSON.Render 方法中的 WriteJSON 方法响应结果
    if err := r.Render(c.Writer); err != nil {
        panic(err)
    }
}

func WriteJSON(w http.ResponseWriter, obj interface{}) error {
    // 写入对应的 header 头部
    writeContentType(w, jsonContentType)
    // 在 io.Writer 中写入对应的 JSON 内容
    // 这里的 io.Writer 对应的就是 http.ResponseWriter
    encoder := json.NewEncoder(w)
    err := encoder.Encode(&obj)
    return err
}

我们最后来梳理一遍,r.Run(":9999") 启动了一个 http 服务,监听了指定端口,然后将端口的所有请求交给 Engine 处理。

Engine 之所以有处理请求的能力,是因为实现了 http.Handler 接口,包含 ServeHTTP 方法,所有的请求就会交由 EngineServeHTTP 处理。

EngineServeHTTP 方法包装了一个 *gin.Context 对象,将这个对象传入每个 gin.HandlerFunc 中,然后调用所有的 handlers,完成对中间件及最终响应函数的调用。

至此,gin 的主流程已经梳理完毕,接下来的文章是对 gin 的一些 API 的深入梳理,欢迎关注。

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