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Go语言HTTP客户端实现简述

HTTP(HyperText Transfer Protocol,超文本传输协议)是互联网上应用最为广泛的一种网络协议,定义了客户端和服务端之间请求与响应的传输标准。

Go语言标准库内建提供了 net/http 包,涵盖了 HTTP 客户端和服务端的具体实现。使用 net/http 包,我们可以很方便地编写 HTTP 客户端或服务端的程序。

基本方法

net/http 包提供了最简洁的 HTTP 客户端实现,无需借助第三方网络通信库(比如 libcurl)就可以直接使用最常见的 GET 和 POST 方式发起 HTTP 请求。

具体来说,我们可以通过 net/http 包里面的 Client 类提供的如下方法发起 HTTP 请求:

func (c *Client) Get(url string) (r *Response, err error)
func (c *Client) Post(url string, bodyType string, body io.Reader) (r *Response, err error)
func (c *Client) PostForm(url string, data url.Values) (r *Response, err error)
func (c *Client) Head(url string) (r *Response, err error)
func (c *Client) Do(req *Request) (resp *Response, err error)

下面就来简单介绍一下这几个方法的使用。

1) http.Get()

要请求一个资源,只需调用 http.Get() 方法(等价于 http.DefaultClient.Get())即可,示例代码如下:
package main

import (
    "fmt"
    "io/ioutil"
    "net/http"
)

func main() {
    resp, err := http.Get("http://c.biancheng.net")
    if err != nil {
        fmt.Println(err)
    }
    defer resp.Body.Close()
    body, err := ioutil.ReadAll(resp.Body)
    fmt.Println(string(body))
}
上面这段代码请求一个网站首页,并将其网页内容打印出来,如下所示:

<!DOCTYPE html>
<html lang="zh-cn">
<head>
    ......
</head>
<body>
    ......
</body>
</html>

底层调用

其实通过 http.Get 发起请求时,默认调用的是上述 http.Client 缺省对象上的 Get 方法:

func Get(url string) (resp *Response, err error) {
    return DefaultClient.Get(url)
}

而 DefaultClient 默认指向的正是 http.Client 的实例对象:

var DefaultClient = &Client{}

它是 net/http 包公开属性,当我们在 http 上调用 Get、Post、PostForm、Head 方法时,最终调用的都是该对象上的对应方法。

返回值

http.Get() 方法的返回值有两个,分别是一个响应对象和一个 error 对象,如果请求过程中出现错误,则 error 对象不为空,否则可以通过响应对象获取状态码、响应头、响应实体等信息,响应对象所属的类是 http.Response。

可以通过查看 API 文档或者源码了解该类型的具体信息,一般我们可以通过 resp.Body 获取响应实体,通过 resp.Header 获取响应头,通过 resp.StatusCode 获取响应状态码。

获取响应成功后记得调用 resp.Body 上的 Close 方法结束网络请求释放资源。

2) http.Post()

要以 POST 的方式发送数据,也很简单,只需调用 http.Post() 方法并依次传递下面的 3 个参数即可:
下面的示例代码演示了如何上传一张图片:
resp, err := http.Post("http://c.biancheng.net/upload", "image/jpeg", &buf)
if err != nil {
    fmt.Println(err)
}
defer resp.Body.Close()
body, err := ioutil.ReadAll(resp.Body)
if err != nil {
    fmt.Println(err)
}
fmt.Println(string(body))
其中 &buf 为图片的资源。

3) http.PostForm()

http.PostForm() 方法实现了标准编码格式为“application/x-www-form-urlencoded”的表单提交,下面的示例代码模拟了 HTML 表单向后台提交信息的过程:
package main

import (
    "fmt"
    "io/ioutil"
    "net/http"
    "net/url"
)

func main() {
    resp, err := http.PostForm("http://www.baidu.com", url.Values{"wd": {"golang"}})
    if err != nil {
        fmt.Println(err)
    }
    defer resp.Body.Close()
    body, err := ioutil.ReadAll(resp.Body)
    if err != nil {
        fmt.Println(err)
    }
    fmt.Println(string(body))
}
注意:POST 请求参数需要通过 url.Values 方法进行编码和封装。

4) http.Head()

HTTP 的 Head 请求表示只请求目标 URL 的响应头信息,不返回响应实体。可以通过 net/http 包的 http.Head() 方法发起 Head 请求,该方法和 http.Get() 方法一样,只需要传入目标 URL 参数即可。

下面的示例代码请求一个网站首页的 HTTP Header 信息:
package main

import (
    "fmt"
    "net/http"
)

func main() {
    resp, err := http.Head("http://c.biancheng.net")
    if err != nil {
        fmt.Println("Request Failed: ", err.Error())
        return
    }
    defer resp.Body.Close() // 打印头信息
    for key, value := range resp.Header {
        fmt.Println(key, ":", value)
    }
}
运行结果如下:

go run main.go
X-Swift-Savetime : [Thu, 02 Jan 2020 02:12:51 GMT]
X-Swift-Cachetime : [31104000]
Content-Type : [text/html]
......
Via : [cache12.l2cn2178[13,200-0,M], cache10.l2cn2178[14,0], kunlun9.cn1481[0,200-0,H], kunlun8.cn1481[1,0]]
X-Cache : [HIT TCP_MEM_HIT dirn:11:355030002]

通过 http.Head() 方法返回的响应实体 resp.Body 值为空。

5) (*http.Client).Do()

下面我们再来看一下 http.Client 类的 Do 方法。

在多数情况下,http.Get()、http.Post() 和 http.PostForm() 就可以满足需求,但是如果我们发起的 HTTP 请求需要更多的自定义请求信息,比如:

此时可以通过 http.Client 类提供的 Do() 方法来实现,使用该方法时,就不再是通过缺省的 DefaultClient 对象调用 http.Client 类中的方法了,而是需要我们手动实例化 Client 对象并传入添加了自定义请求头信息的请求对象来发起 HTTP 请求:
package main

import (
    "fmt"
    "io"
    "net/http"
    "os"
)

func main() {
    // 初始化客户端请求对象
    req, err := http.NewRequest("GET", "http://c.biancheng.net", nil)
    if err != nil {
        fmt.Println(err)
        return
    }
    // 添加自定义请求头
    req.Header.Add("Custom-Header", "Custom-Value")
    // 其它请求头配置
    client := &http.Client{
        // 设置客户端属性
    }
    resp, err := client.Do(req)
    if err != nil {
        fmt.Println(err)
        return
    }
    defer resp.Body.Close()
    io.Copy(os.Stdout, resp.Body)
}
运行结果如下:

<!DOCTYPE html>
<html lang="zh-cn">
<head>
    ......
</head>
<body>
    ......
</body>
</html>

用于初始化请求对象的 http.NewRequest 方法需要传入三个参数,第一个是请求方法,第二个是目标 URL,第三个是请求实体,只有 POST、PUT、DELETE 之类的请求才需要设置请求实体,对于 HEAD、GET 而言,传入 nil 即可。

http.NewRequest 方法返回的第一个值就是请求对象实例 req,该实例所属的类是 http.Request,可以调用该类上的公开方法和属性对请求对象进行自定义配置,比如请求方法、URL、请求头等。

设置完成后,就可以将请求对象传入 client.Do() 方法发起 HTTP 请求,之后的操作和前面四个基本方法一样,http.Post、http.PostForm、http.Head、http.NewRequest 方法的底层实现及返回值和 http.Get 方法一样。

高级封装

除了之前介绍的基本 HTTP 操作,Go语言标准库也暴露了比较底层的 HTTP 相关库,让开发者可以基于这些库灵活定制 HTTP 服务器和使用 HTTP 服务。

1) 自定义 http.Client

前面我们使用的 http.Get()、http.Post()、http.PostForm() 和 http.Head() 方法其实都是在 http.DefaultClient 的基础上进行调用的,比如 http.Get() 等价于 http.Default-Client.Get(),依次类推。

http.DefaultClient 在字面上就向我们传达了一个信息,既然存在默认的 Client,那么 HTTP Client 大概是可以自定义的。实际上确实如此,在 net/http 包中,的确提供了 Client 类型。让我们来看一看 http.Client 类型的结构:
type Client struct {
    // Transport 用于确定HTTP请求的创建机制。
    // 如果为空,将会使用DefaultTransport
    Transport RoundTripper
    // CheckRedirect定义重定向策略。
    // 如果CheckRedirect不为空,客户端将在跟踪HTTP重定向前调用该函数。
    // 两个参数req和via分别为即将发起的请求和已经发起的所有请求,最早的
    // 已发起请求在最前面。
    // 如果CheckRedirect返回错误,客户端将直接返回错误,不会再发起该请求。
    // 如果CheckRedirect为空,Client将采用一种确认策略,将在10个连续
    // 请求后终止
    CheckRedirect func(req *Request, via []*Request) error
    // 如果Jar为空,Cookie将不会在请求中发送,并会
    // 在响应中被忽略
    Jar CookieJar
}
在Go语言标准库中,http.Client 类型包含了 3 个公开数据成员:

Transport RoundTripper
CheckRedirect func(req *Request, via []*Request) error
Jar CookieJar

其中 Transport 类型必须实现 http.RoundTripper 接口。Transport 指定了执行一个 HTTP 请求的运行机制,倘若不指定具体的 Transport,默认会使用 http.DefaultTransport,这意味着 http.Transport 也是可以自定义的。net/http 包中的 http.Transport 类型实现了 http.RoundTripper 接口。

CheckRedirect 函数指定处理重定向的策略。当使用 HTTP Client 的 Get() 或者是 Head() 方法发送 HTTP 请求时,若响应返回的状态码为 30x (比如 301 / 302 / 303 / 307),HTTP Client 会在遵循跳转规则之前先调用这个 CheckRedirect 函数。

Jar 可用于在 HTTP Client 中设定 Cookie,Jar 的类型必须实现了 http.CookieJar 接口,该接口预定义了 SetCookies() 和 Cookies() 两个方法。

如果 HTTP Client 中没有设定 Jar,Cookie 将被忽略而不会发送到客户端。实际上,我们一般都用 http.SetCookie() 方法来设定 Cookie。

使用自定义的 http.Client 及其 Do() 方法,我们可以非常灵活地控制 HTTP 请求,比如发送自定义 HTTP Header 或是改写重定向策略等。创建自定义的 HTTP Client 非常简单,具体代码如下:
client := &http.Client {
    CheckRedirect: redirectPolicyFunc,
}
resp, err := client.Get("http://example.com")
// ...
req, err := http.NewRequest("GET", "http://example.com", nil)
// ...
req.Header.Add("User-Agent", "Our Custom User-Agent")
req.Header.Add("If-None-Match", `W/"TheFileEtag"`)
resp, err := client.Do(req)
// ...

2) 自定义 http.Transport

在 http.Client 类型的结构定义中,我们看到的第一个数据成员就是一个 http.Transport 对象,该对象指定执行一个 HTTP 请求时的运行规则。下面我们来看看 http.Transport 类型的具体结构:
type Transport struct {
    // Proxy指定用于针对特定请求返回代理的函数。
    // 如果该函数返回一个非空的错误,请求将终止并返回该错误。
    // 如果Proxy为空或者返回一个空的URL指针,将不使用代理
    Proxy func(*Request) (*url.URL, error)
    // Dial指定用于创建TCP连接的dail()函数。
    // 如果Dial为空,将默认使用net.Dial()函数
    Dial func(net, addr string) (c net.Conn, err error)
    // TLSClientConfig指定用于tls.Client的TLS配置。
    // 如果为空则使用默认配置
    TLSClientConfig *tls.Config
    DisableKeepAlives bool
    DisableCompression bool
    // 如果MaxIdleConnsPerHost为非零值,它用于控制每个host所需要
    // 保持的最大空闲连接数。如果该值为空,则使用DefaultMaxIdleConnsPerHost
    MaxIdleConnsPerHost int
    // ...
}
在上面的代码中,我们定义了 http.Transport 类型中的公开数据成员,下面详细说明其中的各行代码。

Proxy func(*Request) (*url.URL, error)

Proxy 指定了一个代理方法,该方法接受一个 *Request 类型的请求实例作为参数并返回一个最终的 HTTP 代理。如果 Proxy 未指定或者返回的 *URL 为零值,将不会有代理被启用。

Dial func(net, addr string) (c net.Conn, err error)

Dial 指定具体的 dial() 方法来创建 TCP 连接。如果不指定,默认将使用 net.Dial() 方法。

TLSClientConfig *tls.Config

SSL 连接专用,TLSClientConfig 指定 tls.Client 所用的 TLS 配置信息,如果不指定,也会使用默认的配置。

DisableKeepAlives bool

是否取消长连接,默认值为 false,即启用长连接。

DisableCompression bool

是否取消压缩(GZip),默认值为 false,即启用压缩。

MaxIdleConnsPerHost int

指定与每个请求的目标主机之间的最大非活跃连接(keep-alive)数量。如果不指定,默认使用 DefaultMaxIdleConnsPerHost 的常量值。

除了 http.Transport 类型中定义的公开数据成员以外,它同时还提供了几个公开的成员方法。

自定义 http.Transport 也很简单,如下列代码所示:
tr := &http.Transport{
    TLSClientConfig: &tls.Config{RootCAs: pool},
    DisableCompression: true,
}
client := &http.Client{Transport: tr}
resp, err := client.Get("https://example.com")
Client 和 Transport 在执行多个 goroutine 的并发过程中都是安全的,但出于性能考虑,应当创建一次后反复使用。

3) 灵活的 http.RoundTripper 接口

在前面的两小节中,我们知道 HTTP Client 是可以自定义的,而 http.Client 定义的第一个公开成员就是一个 http.Transport 类型的实例,且该成员所对应的类型必须实现 http.RoundTripper 接口。

下面我们来看看 http.RoundTripper 接口的具体定义:
type RoundTripper interface {
    // RoundTrip执行一个单一的HTTP事务,返回相应的响应信息。
    // RoundTrip函数的实现不应试图去理解响应的内容。如果RoundTrip得到一个响应,
    // 无论该响应的HTTP状态码如何,都应将返回的err设置为nil。非空的err
    // 只意味着没有成功获取到响应。
    // 类似地,RoundTrip也不应试图处理更高级别的协议,比如重定向、认证和
    // Cookie等。
    //
    // RoundTrip不应修改请求内容, 除非了是为了理解Body内容。每一个请求
    // 的URL和Header域都应被正确初始化
    RoundTrip(*Request) (*Response, error)
}
从上述代码中可以看到,http.RoundTripper 接口很简单,只定义了一个名为 RoundTrip 的方法。任何实现了 RoundTrip() 方法的类型即可实现 http.RoundTripper 接口。前面我们看到的 http.Transport 类型正是实现了 RoundTrip() 方法继而实现了该接口。

http.RoundTripper 接口定义的 RoundTrip() 方法用于执行一个独立的 HTTP 事务,接受传入的 \*Request 请求值作为参数并返回对应的 \*Response 响应值,以及一个 error 值。

在实现具体的 RoundTrip() 方法时,不应该试图在该函数里边解析 HTTP 响应信息。若响应成功,error 的值必须为 nil,而与返回的 HTTP 状态码无关。若不能成功得到服务端的响应,error 必须为非零值。类似地,也不应该试图在 RoundTrip() 中处理协议层面的相关细节,比如重定向、认证或是 cookie 等。

非必要情况下,不应该在 RoundTrip() 中改写传入的请求体(\*Request),请求体的内容(比如 URL 和 Header 等)必须在传入 RoundTrip() 之前就已组织好并完成初始化。

通常,我们可以在默认的 http.Transport 之上包一层 Transport 并实现 RoundTrip() 方法,代码如下所示。
package main
import(
    "net/http"
)
type OurCustomTransport struct {
    Transport http.RoundTripper
}
func (t *OurCustomTransport) transport() http.RoundTripper {
    if t.Transport != nil {
        return t.Transport
    }
    return http.DefaultTransport
}
func (t *OurCustomTransport) RoundTrip(req *http.Request) (*http.Response, error) {
    // 处理一些事情 ...
    // 发起HTTP请求
    // 添加一些域到req.Header中
    return t.transport().RoundTrip(req)
}
func (t *OurCustomTransport) Client() *http.Client {
    return &http.Client{Transport: t}
}
func main() {
    t := &OurCustomTransport{
        //...
    }
    c := t.Client()
    resp, err := c.Get("http://example.com")
    // ...
}
因为实现了 http.RoundTripper 接口的代码通常需要在多个 goroutine 中并发执行,因此我们必须确保实现代码的线程安全性。

4) 设计优雅的 HTTP Client

综上示例讲解可以看到,Go语言标准库提供的 HTTP Client 是相当优雅的。一方面提供了极其简单的使用方式,另一方面又具备极大的灵活性。

Go语言标准库提供的 HTTP Client 被设计成上下两层结构。一层是上述提到的 http.Client 类及其封装的基础方法,我们不妨将其称为“业务层”。之所以称为业务层,是因为调用方通常只需要关心请求的业务逻辑本身,而无需关心非业务相关的技术细节,这些细节包括:

之所以 HTTP Client 可以做到这么好的封装性,是因为 HTTP Client 在底层抽象了 http.RoundTripper 接口,而 http.Transport 实现了该接口,从而能够处理更多的细节,我们不妨将其称为“传输层”。

HTTP Client 在业务层初始化 HTTP Method、目标 URL、请求参数、请求内容等重要信息后,经过“传输层”,“传输层”在业务层处理的基础上补充其他细节,然后再发起 HTTP 请求,接收服务端返回的 HTTP 响应。

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