Beetlex实现完整的HTTP协议

时间:2020-01-17 beetlex 人气:0

在传统网络服务中扩展中需要处理Bytes来进行协议的读写，这种原始的处理方式让工作变得相当繁琐复杂，出错和调试的工作量都非常大；组件为了解决这一问题引用Stream读写方式，这种方式可以极大的简化网络协议读写的工作量，并大大提高协议编写效率。接下来就体验一下组件的PipeStream在处理一个完整的HTTP 1.1协议有多简便。

结构定义

HTTP 1.1协议就不详细介绍了，网上的资源非常丰富；在这里通过对象结束来描述这个协议

Request

    class HttpRequest
    {

        public string HttpVersion { get; set; }

        public string Method { get; set; }

        public string BaseUrl { get; set; }

        public string ClientIP { get; set; }

        public string Path { get; set; }

        public string QueryString { get; set; }

        public string Url { get; set; }

        public Dictionary<string, string> Headers { get; private set; } = new Dictionary<string, string>();

        public byte[] Body { get; set; }

        public int ContentLength { get; set; }

        public RequestStatus Status { get; set; } = RequestStatus.None;

    }

以上是描述一个HTTP请求提供了一些请求的详细信息和对应的请求内容

Response

      class HttpResponse : IWriteHandler
    {

        public HttpResponse()
        {
            Headers["Content-Type"] = "text/html";
        }

        public string HttpVersion { get; set; } = "HTTP/1.1";

        public int Status { get; set; }

        public string StatusMessage { get; set; } = "OK";

        public string Body { get; set; }

        public Dictionary<string, string> Headers = new Dictionary<string, string>();

        public void Write(Stream stream)
        {
            var pipeStream = stream.ToPipeStream();
            pipeStream.WriteLine($"{HttpVersion} {Status} {StatusMessage}");
            foreach (var item in Headers)
                pipeStream.WriteLine($"{item.Key}: {item.Value}");
            byte[] bodyData = null;
            if (!string.IsNullOrEmpty(Body))
            {
                bodyData = Encoding.UTF8.GetBytes(Body);
            }
            if (bodyData != null)
            {
                pipeStream.WriteLine($"Content-Length: {bodyData.Length}");
            }

            pipeStream.WriteLine("");
            if (bodyData != null)
            {
                pipeStream.Write(bodyData, 0, bodyData.Length);
            }
            Completed?.Invoke(this);
        }

        public Action<IWriteHandler> Completed { get; set; }
    }

以上是对应请求的响应对象，实现了IWriteHandler接口，这个接口是告诉组件如何输出这个对象。

协议分析

结构对象有了接下来的工作就是把网络流中的HTTP协议数据读取到结构上.

请求基础信息

        private void LoadRequestLine(HttpRequest request, PipeStream stream)
        {
            if (request.Status == RequestStatus.None)
            {
                if (stream.TryReadLine(out string line))
                {
                    var subItem = line.SubLeftWith(' ', out string value);
                    request.Method = value;
                    subItem = subItem.SubLeftWith(' ', out value);
                    request.Url = value;
                    request.HttpVersion = subItem;

                    subItem = request.Url.SubRightWith('?', out value);
                    request.QueryString = value;
                    request.BaseUrl = subItem;
                    request.Path = subItem.SubRightWith('/', out value);
                    if (request.Path != "/")
                        request.Path += "/";
                    request.Status = RequestStatus.LoadingHeader;
                }
            }
        }

以上方法主要是分解出Method,Url和QueryString等信息。由于TCP协议是流，所以在分析包的时候都要考虑当前数据是否满足要求，所以组件提供TryReadLine方法来判断当前内容是否满足一行的需求；还有通过组件提供的SubRightWith和SubLeftWith方法可以大简化了字符获取问题。

头部信息获取

        private void LoadRequestHeader(HttpRequest request, PipeStream stream)
        {
            if (request.Status == RequestStatus.LoadingHeader)
            {
                while (stream.TryReadLine(out string line))
                {
                    if (string.IsNullOrEmpty(line))
                    {
                        if (request.ContentLength == 0)
                        {
                            request.Status = RequestStatus.Completed;
                        }
                        else
                        {
                            request.Status = RequestStatus.LoadingBody;
                        }
                        return;
                    }
                    var name = line.SubRightWith(':', out string value);
                    if (String.Compare(name, "Content-Length", true) == 0)
                    {
                        request.ContentLength = int.Parse(value);
                    }
                    request.Headers[name] = value.Trim();
                }
            }
        }

头信息分析就更加简单，当获取一个空行的时候就说明头信息已经解释完成，接下来的就部分就是Body;由于涉及到Body所以需要判断一个头存不存在Content-Length属性，这个属性用于描述消息体的长度；其实Http还有一种chunked编码，这种编码是分块来处理最终以0\r\n\r\n结尾。这种方式一般是响应用得比较多，对于提交则很少使用这种方式。

读取消息体

        private void LoadRequestBody(HttpRequest request, PipeStream stream)
        {
            if (request.Status == RequestStatus.LoadingBody)
            {
                if (stream.Length >= request.ContentLength)
                {
                    var data = new byte[request.ContentLength]; ;
                    stream.Read(data, 0, data.Length);
                    request.Body = data;
                    request.Status = RequestStatus.Completed;
                }
            }
        }

读取消息体就简单了，只需要判断当前的PipeStream是否满足提交的长度，如果可以则直接获取并设置到request.Data属性中。这里只是获了流数据，实际上Http体的编码也有几种情况，在这里不详细介绍。这些实现在FastHttpApi中都有具体的实现代码，详细可以查看 https://github.com/IKende/FastHttpApi/blob/master/src/Data/DataConvertAttribute.cs

整合到服务

以上针对Request和Response的协议处理已经完成，接下来就集成到组件的TCP服务中

        public override void SessionReceive(IServer server, SessionReceiveEventArgs e)
        {
            var request = GetRequest(e.Session);
            var pipeStream = e.Stream.ToPipeStream();
            if (LoadRequest(request, pipeStream) == RequestStatus.Completed)
            {
                OnCompleted(request, e.Session);
            }
        }

        private RequestStatus LoadRequest(HttpRequest request, PipeStream stream)
        {
            LoadRequestLine(request, stream);
            LoadRequestHeader(request, stream);
            LoadRequestBody(request, stream);
            return request.Status;
        }
        private void OnCompleted(HttpRequest request, ISession session)
        {
            HttpResponse response = new HttpResponse();
            StringBuilder sb = new StringBuilder();
            sb.AppendLine("<html>");
            sb.AppendLine("<body>");
            sb.AppendLine($"<p>Method:{request.Method}</p>");
            sb.AppendLine($"<p>Url:{request.Url}</p>");
            sb.AppendLine($"<p>Path:{request.Path}</p>");
            sb.AppendLine($"<p>QueryString:{request.QueryString}</p>");
            sb.AppendLine($"<p>ClientIP:{request.ClientIP}</p>");
            sb.AppendLine($"<p>Content-Length:{request.ContentLength}</p>");
            foreach (var item in request.Headers)
            {
                sb.AppendLine($"<p>{item.Key}:{item.Value}</p>");
            }
            sb.AppendLine("</body>");
            sb.AppendLine("</html>");

            response.Body = sb.ToString();
            ClearRequest(session);
            session.Send(response);
        }

只需要在SessionReceive接收事件中创建相应的Request对象，并把PipeStream传递到相应的解释方法中，然后判断完成情况；当解释完成后就调用OnCompleted输出相应的Response信息，在这里简单地把当前请求信息输出返回.(在这里为什么要清除会话的Request呢，因为Http1.1是长连接会话，必须每个请求都需要创建一个新的Request对象信息)。

这样一个基于BeetleX解释的Http服务就完成了，是不是很简单。接下来简单地测试一下性能，在一台e3-1230v2+10Gb的环境压力测试

测试结果的有15万的RPS，虽然这样一个简单服务但效率并不理想，相对于也是基于组件扩展的FastHttpApi来说还是有些差距，为什么简单的代码还没有复杂的框架来得高效呢，其实原因很简单就是对象复用和string编码缓存没有用上，导致开销过大（这些细节上的性能优化有时间会在后续详解）。

下载完整代码 https://github.com/IKende/BeetleX-Samples/tree/master/TCP.BaseHttp

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