作為一個程序猿，對造輪子這事情可以說是情有獨鐘，幾乎程序猿內(nèi)心都存在一個夢想是去將開源的技術(shù)都實現(xiàn)一遍，所有從本篇開始，我會開一個造輪子系列。

前言

首先，看看這個，想必大家對下面這種簡歷看得比較多了吧？

• 精通JAVA，Python，熟練掌握C++

• 精通Redis,Memcached,Mysql

• 精通Nginx配置，模塊開發(fā)

• 精通Kafka，ActiveMQ 等消息隊列

• 精通常用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法

• 精通網(wǎng)絡(luò)編程，多線程編程技術(shù)，高性能服務(wù)器技術(shù)

• 精通tcp/ip協(xié)議棧，熟悉內(nèi)核網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)代碼

• 精通nginx代碼及模塊開發(fā)

上面每一條都涉及好多輪子，每一個都是精通，如果真能做到。那這個人可以說是碼農(nóng)中的戰(zhàn)斗機。

那我們現(xiàn)在目標(biāo)就是去做這個戰(zhàn)斗機。而這個方法，就是自己去造輪子，造的目的不是為了在項目中使用自己造的輪子，而是為了去了解輪子的構(gòu)造，然后自己動手去體會造輪子的過程。

后端的輪子們

說起后端的輪子們，大家都可以說出一大串來，我們大致來數(shù)一數(shù)啊。

• 抗在最前面的：LVS，F(xiàn)5，HAProxy這類負(fù)載均衡

• 接下來有Nginx，Apache，Lighttpd這類Http服務(wù)

• http服務(wù)后則是各種容器，部署著我們的業(yè)務(wù)邏輯

• 存儲這邊有Redis，Memcached這一類KV存儲器和緩存系統(tǒng)

• 如果是多機部署，肯定還有Kafka，ActiveMQ這種負(fù)責(zé)解耦的消息隊列

• 為了實現(xiàn)集群通信，肯定少不了Thrift這種RPC框架和Protobuf這種序列化技術(shù)

• 再高端點，到了分布式領(lǐng)域了，就是更多的輪子了。。zookeeper、raft等等

• 還有大數(shù)據(jù)系列hadoop。spark。。。。。

本文主要講http協(xié)議。

正文分割線

我們都知道http是基于tcp之上的，那我們現(xiàn)在就自己基于tcp來實現(xiàn)一個最小的http服務(wù)，功能非常簡單：

• 返回輸入?yún)?shù)

先來看請求格式：

http的報文大概分為3部分：

• 請求行

• 首部

• 正文部分

此處請求行是格式是固定的，

先寫代碼來看看的：

可以看到我們讀取的到數(shù)據(jù)是如上，我們可以看到格式上是符合的。

Ps:上面這個代碼有個小問題，因為tcp連接是字節(jié)流的，我們通過readAll方法從連接中讀取數(shù)據(jù)的是，只要瀏覽器上不主動斷開，會一直阻塞在readaALL上。。。

上面我們將收到的數(shù)據(jù)稍微整理下

• 請求行

• POST / HPPP/1.1\r\n

• 格式：方法 space URL space 版本 cr lf

• 首部

• Host: 127.0.0.1:8080

• Content-length: 0

• 格式：首部字段名 space 字段值 cr lf

• 正文部分

• 此處為空

上面首部中Content-length: 0可以說是非常關(guān)鍵，他告訴了我們應(yīng)該要在兩個\r\n后繼續(xù)讀取多少字節(jié)。

下面我們開始來寫解析代碼，先是解析文件頭

然后我們再解析首部

解析完后，我們在寫返回值，返回報文的格式放下：

下面是返回值的代碼：

完整的例子可以看GitHub上代碼，歡迎star

https://github.com/zhuanxuhit/go-in-practice/tree/master/wheel/http/v1

我們有了第一版http輪子后，我們能和前面介紹的輪子系列：rpc聯(lián)系起來，在rpc系列中，我們講了設(shè)計通信協(xié)議來傳遞消息，此處http是通過頭部的url+method的方法來表示我要調(diào)用服務(wù)端哪個方法，然后分割符是使用 \r\n，連續(xù)兩個\r\n表示后續(xù)是消息體，為了高速我們消息體的大小和格式，在header中必須指明content-type和content-length，這些都是在我們在實現(xiàn)http協(xié)議的時候遵循的。

那現(xiàn)在寫完最初版代碼，我們回過頭總結(jié)下我們之前做的rpc輪子，數(shù)據(jù)編碼采用了protobuf，然后基于tcp自己定義了一套消息協(xié)議，其實做的事情跟http/1.1是一樣的，我們完全可以在http通信的時候，將content-type設(shè)置為protobuf，然后通信雙方雙方能夠編解碼即可。

在實現(xiàn)過程中，我們發(fā)現(xiàn)如果用http1.1作為通信協(xié)議，有什么問題呢？

1. 每次傳輸都要完整的http頭，浪費帶寬

2. 每次一個http請求，一個request，response都要獨占一條tcp連接，不然不知道response對應(yīng)哪個request，影響實時性和并發(fā)性

那上面這兩點都是要解決的問題，在http2.0中都有相應(yīng)的方案

1. 針對每次都需要傳輸http頭，通信雙方建立索引，后續(xù)傳輸只用索引

2. 針對連接占用，一條連接只能同時有一個請求-響應(yīng)，http2.0啟動了多路復(fù)用，即允許一個連接同時發(fā)起多個請求

那怎么能做到一個連接同時發(fā)起多個請求呢？通信雙方就必須對每個請求進行編碼，這樣不同的響應(yīng)就能和請求對應(yīng)上了。

具體可以看兩張圖：

HTTP 2.0 其實是將三個請求變成三個流，將數(shù)據(jù)分成幀，亂序發(fā)送到一個tcp連接中

通過stream對不同請求進行區(qū)分，然后在將一個消息拆分為多個幀進行發(fā)送。

那http2.0后，還能不能更快了呢？于是就有了QUIC協(xié)議，這個協(xié)議肯定是為了解決http2.0的某些問題的。

1. 自定義連接機制：tcp連接三次握手慢，由于在移動端，由于網(wǎng)絡(luò)從wifi到移動網(wǎng)絡(luò)切換時，必定會導(dǎo)致連接斷開重連，再次需要3次握手，那我們就自定義連接機制，原先tcp一條連接是由4元素組成：分別是源 IP、源端口、目的 IP、目的端口，現(xiàn)在以一個64位隨機數(shù)來作為連接標(biāo)志，斷開了也沒事，重新建立連接不需要3次握手了。

2. 自定義重傳機制：tcp是可靠連接，當(dāng)前面的數(shù)據(jù)編號沒有收到的時候，后面的數(shù)據(jù)即使收到了，也不會得到確認(rèn)，這就必須要重傳

重傳有個測不準(zhǔn)問題，左邊是1.1，我們發(fā)現(xiàn)重發(fā)100編號的時候，如果后續(xù)收到應(yīng)答101，我們不知道這個是針對第一次100的應(yīng)答還是第二次重傳100的應(yīng)答，http2.0則定義了每次發(fā)送數(shù)據(jù)，編號都需要增加，然后通過offset來標(biāo)明數(shù)據(jù)的前后續(xù)關(guān)系。

1. 無阻塞多路復(fù)用：因為tcp是面向字節(jié)流的可靠連接，所以數(shù)據(jù)之間是有依賴的，因此為了減少依賴，讓不同流之間真的能夠獨立，可以采用udp

2. 自定義流量控制：tcp的流量控制是通過滑動窗口協(xié)議，udp也是滑動窗口，而且是每個stream都有自己的窗口。

總結(jié)

首先本文基于tcp自己實現(xiàn)了http1.1的協(xié)議，實現(xiàn)中發(fā)現(xiàn)這個通信協(xié)議和我們之前輪子系列文章rpc都是消息協(xié)議，只是對消息體的編碼格式不同而已。

接著我們在自己寫的過程中發(fā)現(xiàn)了http1.1的種種問題，針對這些問題有了http2.0，繼而又有了QUIC。

預(yù)告：今天講完http2.0后，我會接著講輪子系列：gRpc，這個通信協(xié)議使用就是http2.0，歡迎大家關(guān)注。

Ps:文章最后關(guān)于http2.0和quic的內(nèi)容主要來自極客時間的趣談網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，寫的真的非常好，大家可以去訂閱的，當(dāng)然通過我的邀請碼可以有返現(xiàn)的，歡迎加wx: hithangtian

源碼地址：https://github.com/zhuanxuhit/go-in-practice/tree/master/wheel/http/v1