来自公众号：新世界杂货铺
前言
继 Go 中的 HTTP 申请之——HTTP1.1 申请流程剖析之后，两头断断续续，历时近一月，终于才敢开始码字写下本文。
浏览倡议
HTTP2.0 在建设 TCP 连贯和平安的 TLS 传输通道与 HTTP1.1 的流程基本一致。所以笔者倡议没有看过 Go 中的 HTTP 申请之——HTTP1.1 申请流程剖析这篇文章的先去补一下课，本文会基于前一篇文章仅介绍和 HTTP2.0 相干的逻辑。
(*Transport).roundTrip
(*Transport).roundTrip办法会调用 t.nextProtoOnce.Do(t.onceSetNextProtoDefaults) 初始化 TLSClientConfig 以及h2transport，而这两者都和 HTTP2.0 有着严密的分割。
TLSClientConfig: 初始化 client 反对的 http 协定, 并在 tls 握手时告知 server。
h2transport: 如果本次申请是 http2，那么 h2transport 会接管连贯，申请和响应的解决逻辑。
上面看看源码：
func (t *Transport) onceSetNextProtoDefaults() {
// ... 此处省略代码...
t2, err := http2configureTransport(t)
if err != nil {log.Printf("Error enabling Transport HTTP/2 support: %v", err)
return
}
t.h2transport = t2
// ... 此处省略代码...
}
func http2configureTransport(t1 *Transport) (*http2Transport, error) {connPool := new(http2clientConnPool)
t2 := &http2Transport{ConnPool: http2noDialClientConnPool{connPool},
t1: t1,
}
connPool.t = t2
if err := http2registerHTTPSProtocol(t1, http2noDialH2RoundTripper{t2}); err != nil {return nil, err}
if t1.TLSClientConfig == nil {t1.TLSClientConfig = new(tls.Config)
}
if !http2strSliceContains(t1.TLSClientConfig.NextProtos, "h2") {t1.TLSClientConfig.NextProtos = append([]string{"h2"}, t1.TLSClientConfig.NextProtos...)
}
if !http2strSliceContains(t1.TLSClientConfig.NextProtos, "http/1.1") {t1.TLSClientConfig.NextProtos = append(t1.TLSClientConfig.NextProtos, "http/1.1")
}
upgradeFn := func(authority string, c *tls.Conn) RoundTripper {addr := http2authorityAddr("https", authority)
if used, err := connPool.addConnIfNeeded(addr, t2, c); err != nil {go c.Close()
return http2erringRoundTripper{err}
} else if !used {
// Turns out we don't need this c.
// For example, two goroutines made requests to the same host
// at the same time, both kicking off TCP dials. (since protocol
// was unknown)
go c.Close()}
return t2
}
if m := t1.TLSNextProto; len(m) == 0 {t1.TLSNextProto = map[string]func(string, *tls.Conn) RoundTripper{"h2": upgradeFn,}
} else {m["h2"] = upgradeFn
}
return t2, nil
}笔者将上述的源码简略拆解为以下几个步骤:
- 新建一个
http2clientConnPool并复制给 t2，当前 http2 的申请会优先从该连接池中获取连贯。 - 初始化
TLSClientConfig，并将反对的h2和http1.1协定增加到TLSClientConfig.NextProtos中。 - 定义一个
h2的upgradeFn存储到t1.TLSNextProto里。
鉴于前一篇文章对新建连贯前的步骤有了较为具体的介绍，所以这里间接看和 server 建设连贯的局部源码，即 (*Transport).dialConn 办法：
func (t *Transport) dialConn(ctx context.Context, cm connectMethod) (pconn *persistConn, err error) {
// ... 此处省略代码...
if cm.scheme() == "https" && t.hasCustomTLSDialer() {// ... 此处省略代码...} else {conn, err := t.dial(ctx, "tcp", cm.addr())
if err != nil {return nil, wrapErr(err)
}
pconn.conn = conn
if cm.scheme() == "https" {
var firstTLSHost string
if firstTLSHost, _, err = net.SplitHostPort(cm.addr()); err != nil {return nil, wrapErr(err)
}
if err = pconn.addTLS(firstTLSHost, trace); err != nil {return nil, wrapErr(err)
}
}
}
// Proxy setup.
// ... 此处省略代码...
if s := pconn.tlsState; s != nil && s.NegotiatedProtocolIsMutual && s.NegotiatedProtocol != "" {if next, ok := t.TLSNextProto[s.NegotiatedProtocol]; ok {return &persistConn{t: t, cacheKey: pconn.cacheKey, alt: next(cm.targetAddr, pconn.conn.(*tls.Conn))}, nil
}
}
// ... 此处省略代码...
}笔者对上述的源码形容如下：
- 调用
t.dial(ctx, "tcp", cm.addr())创立 TCP 连贯。 - 如果是 https 的申请，则对申请建设平安的 tls 传输通道。
- 查看 tls 的握手状态，如果和 server 协商的
NegotiatedProtocol协定不为空，且 client 的t.TLSNextProto有该协定，则返回 alt 不为空的长久连贯（HTTP1.1 不会进入 if 条件里）。
笔者对上述的第三点进行开展。经笔者在本地 debug 验证，当 client 和 server 都反对 http2 时，s.NegotiatedProtocol的值为 h2 且s.NegotiatedProtocolIsMutual的值为true。
在下面剖析 http2configureTransport 函数时，咱们晓得 TLSNextProto 注册了一个 key 为 h2 的函数，所以调用 next 理论就是调用后面的 upgradeFn 函数。
upgradeFn会调用 connPool.addConnIfNeeded 向 http2 的连接池增加一个 tls 传输通道，并最终返回后面曾经创立好的 t2 即http2Transport。
func (p *http2clientConnPool) addConnIfNeeded(key string, t *http2Transport, c *tls.Conn) (used bool, err error) {p.mu.Lock()
// ... 此处省略代码...
// 次要用于判断是否有必要像连接池增加新的连贯
// 判断连接池中是否已有同 host 连贯，如果有且该链接可能解决新的申请则间接返回
call, dup := p.addConnCalls[key]
if !dup {
// ... 此处省略代码...
call = &http2addConnCall{
p: p,
done: make(chan struct{}),
}
p.addConnCalls[key] = call
go call.run(t, key, c)
}
p.mu.Unlock()
<-call.done
if call.err != nil {return false, call.err}
return !dup, nil
}
func (c *http2addConnCall) run(t *http2Transport, key string, tc *tls.Conn) {cc, err := t.NewClientConn(tc)
p := c.p
p.mu.Lock()
if err != nil {c.err = err} else {p.addConnLocked(key, cc)
}
delete(p.addConnCalls, key)
p.mu.Unlock()
close(c.done)
}
剖析上述的源码咱们可能失去两点论断：
- 执行完
upgradeFn之后，(*Transport).dialConn 返回的长久化连贯中 alt 字段曾经不是 nil 了。 t.NewClientConn(tc)新建进去的连贯会保留在 http2 的连接池即http2clientConnPool中，下一小结将对 NewClientConn 开展剖析。
最初咱们回到(*Transport).roundTrip 办法并剖析其中的要害源码：
func (t *Transport) roundTrip(req *Request) (*Response, error) {t.nextProtoOnce.Do(t.onceSetNextProtoDefaults)
// ... 此处省略代码...
for {
select {case <-ctx.Done():
req.closeBody()
return nil, ctx.Err()
default:
}
// ... 此处省略代码...
pconn, err := t.getConn(treq, cm)
if err != nil {t.setReqCanceler(req, nil)
req.closeBody()
return nil, err
}
var resp *Response
if pconn.alt != nil {
// HTTP/2 path.
t.setReqCanceler(req, nil) // not cancelable with CancelRequest
resp, err = pconn.alt.RoundTrip(req)
} else {resp, err = pconn.roundTrip(treq)
}
if err == nil {return resp, nil}
// ... 此处省略代码...
}
}联合后面的剖析，pconn.alt在 server 和 client 都反对 http2 协定的状况下是不为 nil 的。所以，http2 的申请会走 pconn.alt.RoundTrip(req) 分支，也就是说 http2 的申请流程就被 http2Transport 接管啦。
(*http2Transport).NewClientConn
(*http2Transport).NewClientConn 外部会调用t.newClientConn(c, t.disableKeepAlives())。
因为本节内容较多，所以笔者不再一次性贴出源码，而是按关键步骤剖析并分块儿贴出源码。
1、初始化一个http2ClientConn：
cc := &http2ClientConn{
t: t,
tconn: c,
readerDone: make(chan struct{}),
nextStreamID: 1,
maxFrameSize: 16 << 10, // spec default
initialWindowSize: 65535, // spec default
maxConcurrentStreams: 1000, // "infinite", per spec. 1000 seems good enough.
peerMaxHeaderListSize: 0xffffffffffffffff, // "infinite", per spec. Use 2^64-1 instead.
streams: make(map[uint32]*http2clientStream),
singleUse: singleUse,
wantSettingsAck: true,
pings: make(map[[8]byte]chan struct{}),
}下面的源码新建了一个默认的 http2ClientConn。
initialWindowSize：初始化窗口大小为 65535，这个值之后会初始化每一个数据流可发送的数据窗口大小。
maxConcurrentStreams：示意每个连贯上容许最多有多少个数据流同时传输数据。
streams：以后连贯上的数据流。
singleUse: 管制 http2 的连贯是否容许多个数据流共享，其值由 t.disableKeepAlives() 管制。
2、创立一个条件锁并且新建 Writer&Reader。
cc.cond = sync.NewCond(&cc.mu)
cc.flow.add(int32(http2initialWindowSize))
cc.bw = bufio.NewWriter(http2stickyErrWriter{c, &cc.werr})
cc.br = bufio.NewReader(c)新建 Writer&Reader 没什么好说的，须要留神的是cc.flow.add(int32(http2initialWindowSize))。
cc.flow.add将以后连贯的可写流控制窗口大小设置为http2initialWindowSize, 即 65535。
3、新建一个读写数据帧的 Framer。
cc.fr = http2NewFramer(cc.bw, cc.br)
cc.fr.ReadMetaHeaders = hpack.NewDecoder(http2initialHeaderTableSize, nil)
cc.fr.MaxHeaderListSize = t.maxHeaderListSize()4、向 server 发送开场白，并发送一些初始化数据帧。
initialSettings := []http2Setting{{ID: http2SettingEnablePush, Val: 0},
{ID: http2SettingInitialWindowSize, Val: http2transportDefaultStreamFlow},
}
if max := t.maxHeaderListSize(); max != 0 {initialSettings = append(initialSettings, http2Setting{ID: http2SettingMaxHeaderListSize, Val: max})
}
cc.bw.Write(http2clientPreface)
cc.fr.WriteSettings(initialSettings...)
cc.fr.WriteWindowUpdate(0, http2transportDefaultConnFlow)
cc.inflow.add(http2transportDefaultConnFlow + http2initialWindowSize)
cc.bw.Flush()client 向 server 发送的开场白内容如下:
const (
// client 首先想 server 发送以 PRI 结尾的一串字符串。http2ClientPreface = "PRI * HTTP/2.0\r\n\r\nSM\r\n\r\n"
)
var (http2clientPreface = []byte(http2ClientPreface)
)发送完开场白后，client 向 server 发送 SETTINGS 数据帧。
http2SettingEnablePush: 告知 server 客户端是否开启 push 性能。
http2SettingInitialWindowSize：告知 server 客户端可承受的最大数据窗口是http2transportDefaultStreamFlow（4M）。
发送完 SETTINGS 数据帧后，发送 WINDOW_UPDATE 数据帧, 因为第一个参数为 0 即 streamID 为 0，则是告知 server 此连贯可承受的最大数据窗口为http2transportDefaultConnFlow（1G）。
发送完 WINDOW_UPDATE 数据帧后，将 client 的可读流控制窗口大小设置为http2transportDefaultConnFlow + http2initialWindowSize。
5、开启读循环并返回
go cc.readLoop()(*http2Transport).RoundTrip
(*http2Transport).RoundTrip 只是一个入口函数，它会调用(*http2Transport). RoundTripOpt 办法。
(*http2Transport). RoundTripOpt 有两个步骤比拟要害：
t.connPool().GetClientConn(req, addr): 在 http2 的连接池外面获取一个可用连贯，其中连接池的类型为 http2noDialClientConnPool，参考http2configureTransport 函数。
cc.roundTrip(req): 通过获取到的可用连贯发送申请并返回响应。
(http2noDialClientConnPool).GetClientConn
依据理论的 debug 后果(http2noDialClientConnPool).GetClientConn 最终会调用(*http2clientConnPool).getClientConn(req *Request, addr string, dialOnMiss bool)。
通过(http2noDialClientConnPool).GetClientConn 获取连贯时传递给(*http2clientConnPool).getClientConn 办法的第三个参数始终为false，该参数为 false 时代表着即便无奈失常获取可用连贯，也不在这个环节从新发动拨号流程。
在(*http2clientConnPool).getClientConn 中会遍历同地址的连贯，并判断连贯的状态从而获取一个能够解决申请的连贯。
for _, cc := range p.conns[addr] {if st := cc.idleState(); st.canTakeNewRequest {if p.shouldTraceGetConn(st) {http2traceGetConn(req, addr)
}
p.mu.Unlock()
return cc, nil
}
}cc.idleState()判断以后连接池中的连贯是否解决新的申请:
1、以后连贯是否能被多个申请共享，如果仅单个申请应用且曾经有一个数据流，则以后连贯不能解决新的申请。
if cc.singleUse && cc.nextStreamID > 1 {return}2、以下几点均为 true 时，才代表以后连贯可能解决新的申请：
- 连贯状态失常，即未敞开并且不处于正在敞开的状态。
- 以后连贯正在解决的数据流小于
maxConcurrentStreams。 - 下一个要解决的数据流 + 以后连贯处于期待状态的申请 *2 < math.MaxInt32。
- 以后连贯没有长时间处于闲暇状态（次要通过
cc.tooIdleLocked()判断）。
st.canTakeNewRequest = cc.goAway == nil && !cc.closed && !cc.closing && maxConcurrentOkay &&
int64(cc.nextStreamID)+2*int64(cc.pendingRequests) < math.MaxInt32 &&
!cc.tooIdleLocked()当从链接池胜利获取到一个能够解决申请的连贯，就能够和 server 进行数据交互，即 (*http2ClientConn).roundTrip 流程。
(*http2ClientConn).roundTrip
1、在真正开始解决申请前，还要进行 header 查看，http2 对 http1.1 的某些 header 是不反对的，笔者就不对这个逻辑进行剖析了，间接上源码：
func http2checkConnHeaders(req *Request) error {if v := req.Header.Get("Upgrade"); v != "" {return fmt.Errorf("http2: invalid Upgrade request header: %q", req.Header["Upgrade"])
}
if vv := req.Header["Transfer-Encoding"]; len(vv) > 0 && (len(vv) > 1 || vv[0] != ""&& vv[0] !="chunked") {return fmt.Errorf("http2: invalid Transfer-Encoding request header: %q", vv)
}
if vv := req.Header["Connection"]; len(vv) > 0 && (len(vv) > 1 || vv[0] != ""&& !strings.EqualFold(vv[0],"close") && !strings.EqualFold(vv[0],"keep-alive")) {return fmt.Errorf("http2: invalid Connection request header: %q", vv)
}
return nil
}
func http2commaSeparatedTrailers(req *Request) (string, error) {keys := make([]string, 0, len(req.Trailer))
for k := range req.Trailer {k = CanonicalHeaderKey(k)
switch k {
case "Transfer-Encoding", "Trailer", "Content-Length":
return "", &http2badStringError{"invalid Trailer key", k}
}
keys = append(keys, k)
}
if len(keys) > 0 {sort.Strings(keys)
return strings.Join(keys, ","), nil
}
return "", nil
}2、调用(*http2ClientConn).awaitOpenSlotForRequest，始终等到以后连贯解决的数据流小于maxConcurrentStreams, 如果此函数返回谬误，则本次申请失败。
2.1、double check 以后连贯可用。
if cc.closed || !cc.canTakeNewRequestLocked() {
if waitingForConn != nil {close(waitingForConn)
}
return http2errClientConnUnusable
}2.2、如果以后连贯解决的数据流小于 maxConcurrentStreams 则间接返回 nil。笔者置信大部分逻辑走到这儿就返回了。
if int64(len(cc.streams))+1 <= int64(cc.maxConcurrentStreams) {
if waitingForConn != nil {close(waitingForConn)
}
return nil
}2.3、如果以后连贯解决的数据流的确曾经达到下限，则开始进入期待流程。
if waitingForConn == nil {waitingForConn = make(chan struct{})
go func() {if err := http2awaitRequestCancel(req, waitingForConn); err != nil {cc.mu.Lock()
waitingForConnErr = err
cc.cond.Broadcast()
cc.mu.Unlock()}
}()}
cc.pendingRequests++
cc.cond.Wait()
cc.pendingRequests--通过下面的逻辑晓得，以后连贯解决的数据流达到下限后有两种状况，一是期待申请被勾销，二是期待其余申请完结。如果有其余数据流完结并唤醒以后期待的申请，则反复 2.1、2.2 和 2.3 的步骤。
3、调用 cc.newStream() 在连贯上创立一个数据流（创立数据流是线程平安的，因为源码中在调用 awaitOpenSlotForRequest 之前先加锁，直到写入申请的 header 之后才开释锁）。
func (cc *http2ClientConn) newStream() *http2clientStream {
cs := &http2clientStream{
cc: cc,
ID: cc.nextStreamID,
resc: make(chan http2resAndError, 1),
peerReset: make(chan struct{}),
done: make(chan struct{}),
}
cs.flow.add(int32(cc.initialWindowSize))
cs.flow.setConnFlow(&cc.flow)
cs.inflow.add(http2transportDefaultStreamFlow)
cs.inflow.setConnFlow(&cc.inflow)
cc.nextStreamID += 2
cc.streams[cs.ID] = cs
return cs
}笔者对上述代码简略形容如下：
- 新建一个
http2clientStream，数据流 ID 为cc.nextStreamID，新建数据流后，cc.nextStreamID +=2。 - 数据流通过
http2resAndError管道接管申请的响应。 - 初始化以后数据流的可写流控制窗口大小为
cc.initialWindowSize，并保留连贯的可写流控制指针。 - 初始化以后数据流的可读流控制窗口大小为
http2transportDefaultStreamFlow，并保留连贯的可读流控制指针。 - 最初将新建的数据流注册到以后连贯中。
4、调用 cc.t.getBodyWriterState(cs, body) 会返回一个 http2bodyWriterState 构造体。通过该构造体能够晓得申请 body 是否发送胜利。
func (t *http2Transport) getBodyWriterState(cs *http2clientStream, body io.Reader) (s http2bodyWriterState) {
s.cs = cs
if body == nil {return}
resc := make(chan error, 1)
s.resc = resc
s.fn = func() {cs.cc.mu.Lock()
cs.startedWrite = true
cs.cc.mu.Unlock()
resc <- cs.writeRequestBody(body, cs.req.Body)
}
s.delay = t.expectContinueTimeout()
if s.delay == 0 ||
!httpguts.HeaderValuesContainsToken(cs.req.Header["Expect"],
"100-continue") {return}
// 此处省略代码，因为绝大部分申请都不会设置 100-continue 的标头
return
}s.fn: 标记以后数据流开始写入数据，并且将申请 body 的发送后果写入 s.resc 管道（本文暂不对 writeRequestBody 开展剖析，下篇文章会对其进行剖析）。
5、因为是多个申请共享一个连贯，那么向连贯写入数据帧时须要加锁，比方加锁写入申请头。
cc.wmu.Lock()
endStream := !hasBody && !hasTrailers
werr := cc.writeHeaders(cs.ID, endStream, int(cc.maxFrameSize), hdrs)
cc.wmu.Unlock()6、如果有申请 body，则开始写入申请 body，没有申请 body 则设置响应 header 的超时工夫（有申请 body 时，响应 header 的超时工夫须要在申请 body 写完之后设置）。
if hasBody {bodyWriter.scheduleBodyWrite()
} else {http2traceWroteRequest(cs.trace, nil)
if d := cc.responseHeaderTimeout(); d != 0 {timer := time.NewTimer(d)
defer timer.Stop()
respHeaderTimer = timer.C
}
}scheduleBodyWrite的内容如下：
func (s http2bodyWriterState) scheduleBodyWrite() {
if s.timer == nil {
// We're not doing a delayed write (see
// getBodyWriterState), so just start the writing
// goroutine immediately.
go s.fn()
return
}
http2traceWait100Continue(s.cs.trace)
if s.timer.Stop() {s.timer.Reset(s.delay)
}
}因为笔者的申请 header 中没有携带 100-continue 标头，所以在后面的 getBodyWriterState 函数中初始化的 s.timer 为 nil 即调用 scheduleBodyWrite 会立刻开始发送申请 body。
7、轮询管道获取响应后果。
在看轮询源码之前，先看一个简略的函数：
handleReadLoopResponse := func(re http2resAndError) (*Response, bool, error) {
res := re.res
if re.err != nil || res.StatusCode > 299 {bodyWriter.cancel()
cs.abortRequestBodyWrite(http2errStopReqBodyWrite)
}
if re.err != nil {cc.forgetStreamID(cs.ID)
return nil, cs.getStartedWrite(), re.err}
res.Request = req
res.TLS = cc.tlsState
return res, false, nil
}该函数次要就是判断读到的响应是否失常，并依据响应的后果结构 (*http2ClientConn).roundTrip 的返回值。
理解了 handleReadLoopResponse 之后，上面就看看轮询的逻辑：
for {
select {
case re := <-readLoopResCh:
return handleReadLoopResponse(re)
// 此处省略代码（蕴含申请勾销，申请超时等管道的轮询）case err := <-bodyWriter.resc:
// Prefer the read loop's response, if available. Issue 16102.
select {
case re := <-readLoopResCh:
return handleReadLoopResponse(re)
default:
}
if err != nil {cc.forgetStreamID(cs.ID)
return nil, cs.getStartedWrite(), err}
bodyWritten = true
if d := cc.responseHeaderTimeout(); d != 0 {timer := time.NewTimer(d)
defer timer.Stop()
respHeaderTimer = timer.C
}
}
}笔者仅对下面的第二种状况即申请 body 发送实现进行形容：
- 是否读到响应，如果可能读取响应则间接返回。
- 判断申请 body 是否发送胜利，如果发送失败，间接返回。
- 如果申请 body 发送胜利，则设置响应 header 的超时工夫。
总结
本文次要形容了两个方面的内容：
- 确认 client 和 server 都反对 http2 协定，并构建一个 http2 的连贯，同时开启该连贯的读循环。
- 通过 http2 连接池获取一个 http2 连贯，并发送申请和读取响应。
预报
鉴于 HTTTP2.0 的内容较多，且文章篇幅过长时不易浏览，笔者将后续要剖析的内容拆为两个局部:
- 形容数据帧和流控制以及读循环读到响应并发送给
readLoopResCh管道。 - http2.0 标头压缩逻辑。
最初，衷心希望本文可能对各位读者有肯定的帮忙。
注:
- 写本文时，笔者所用 go 版本为: go1.14.2。
- 本文对 h2c 的状况不予以考虑。
- 因为笔者剖析的是申请流程，所以没有在本地搭建 server，而是应用了一个反对 http2 连贯的图片一步步的 debug。eg: https://dss0.bdstatic.com/5aV…
参考
https://developers.google.com…