HTTP（HyperText Transfer Protocol）即超文本传输协议，是一种获取网络资源（例如图像、HTML文档）的应用层协议，它是互联网数据通信的基础，由请求和响应构成。

　　在 Node.js 中，提供了 3 个与之相关的模块，分别是 HTTP、HTTP2 和 HTTPS，后两者分别是对 HTTP/2.0 和 HTTPS 两个协议的实现。

　　HTTP/2.0 是 HTTP/1.1 的扩展版本，主要基于 Google 发布的 SPDY 协议，引入了全新的二进制分帧层，保留了 1.1 版本的大部分语义。

　　HTTPS（HTTP Secure）是一种构建在SSL或TLS上的HTTP协议，简单的说，HTTPS就是HTTP的安全版本。

　　本节主要分析的是 HTTP 模块，它是 Node.js 网络的关键模块。

　　本系列所有的示例源码都已上传至Github，点击此处获取。

一、搭建 Web 服务器

　　Web 服务器是一种让网络用户可以访问托管文件的软件，常用的有 IIS、Nginx 等。

　　Node.js 与 ASP.NET、PHP 等不同，它不需要额外安装 Web 服务器，因为通过它自身包含的模块就能快速搭建出 Web 服务器。

　　运行下面的代码，在浏览器地址栏中输入 http://localhost:1234 就能访问一张纯文本内容的网页。

const http = require('http');
const server = http.createServer((req, res) => {
  res.statusCode = 200;
  res.setHeader('Content-Type', 'text/plain');
  res.end('strick');
})
server.listen(1234);

　　res.end() 在流一节中已分析过，用于关闭写入流。

1）createServer()

　　createServer() 用于创建一个 Web 服务器，源码存于lib/http.js文件中，内部就一行代码，实例化一个 Server 类。

function createServer(opts, requestListener) {
  return new Server(opts, requestListener);
}

　　Server 类的实现存于lib/_http_server.js文件中，由源码可知，http.Server 继承自 net.Server，而 net 模块可创建基于流的 TCP 和 IPC 服务器。

　　http.createServer() 在实例化 net.Server 的过程中，会监听 request 和 connection 两个事件。

function Server(options, requestListener) {
  if (!(this instanceof Server)) return new Server(options, requestListener);
  // 当 createServer() 第一个参数类型是函数时的处理（上面示例中的用法）
  if (typeof options === 'function') {
    requestListener = options;
    options = {};
  } else if (options == null || typeof options === 'object') {
    options = { ...options };
  } else {
    throw new ERR_INVALID_ARG_TYPE('options', 'object', options);
  }
  storeHTTPOptions.call(this, options);
  // 继承于 net.Server 类
  net.Server.call(
    this,
    { allowHalfOpen: true, noDelay: options.noDelay,
      keepAlive: options.keepAlive,
      keepAliveInitialDelay: options.keepAliveInitialDelay });

  if (requestListener) {
      // 当 req 和 res 两个参数都生成后，就会触发该事件
    this.on('request', requestListener);
  }

  // 官方注释：与此类似的选项，懒得写自己的文档
  // http://www.squid-cache.org/Doc/config/half_closed_clients/
  // https://wiki.squid-cache.org/SquidFaq/InnerWorkings#What_is_a_half-closed_filedescriptor.3F
  this.httpAllowHalfOpen = false;
  // 三次握手后触发 connection 事件
  this.on('connection', connectionListener);

  this.timeout = 0;                 // 超时时间，默认禁用
  this.maxHeadersCount = null;      // 最大响应头数，默认不限制
  this.maxRequestsPerSocket = 0;
  setupConnectionsTracking(this);
}

2）listen()

　　listen() 方法用于监听端口，它就是 net.Server 中的 server.listen() 方法。

ObjectSetPrototypeOf(Server.prototype, net.Server.prototype);

3）req 和 res

　　实例化 Server 时的 requestListener() 回调函数中有两个参数 req（请求对象） 和 res（响应对象），它们的生成过程比较复杂。

　　简单概括就是通过 TCP 协议传输过来的二进制数据，会被 http_parser 模块解析成符合 HTTP 协议的报文格式。

　　在将请求首部解析完毕后，会触发一个 parserOnHeadersComplete() 回调函数，在回调中会创建 http.IncomingMessage 实例，也就是 req 参数。

　　而在这个回调的最后，会调用 parser.onIncoming() 方法，在这个方法中会创建 http.ServerResponse 实例，也就是 res 参数。

　　最后触发在实例化 Server 时注册的 request 事件，并将 req 和 res 两个参数传递到 requestListener() 回调函数中。

　　生成过程的顺序如下所示，源码细节在此不做展开。

lib/_http_server.js : connectionListener()
lib/_http_server.js : connectionListenerInternal()

lib/_http_common.js : parsers = new FreeList('parsers', 1000, function parsersCb() {})
lib/_http_common.js : parserOnHeadersComplete() => parser.onIncoming()

lib/_http_server.js : parserOnIncoming() => server.emit('request', req, res)

　　在上述过程中，parsers 变量使用了FreeList数据结构（如下所示），一种动态分配内存的方案，适合由大小相同的对象组成的内存池。

class FreeList {
  constructor(name, max, ctor) {
    this.name = name;
    this.ctor = ctor;
    this.max = max;
    this.list = [];
  }
  alloc() {
    return this.list.length > 0 ?
      this.list.pop() :
      ReflectApply(this.ctor, this, arguments);  // 执行回调函数
  }
  free(obj) {
    if (this.list.length < this.max) {
      this.list.push(obj);
      return true;
    }
    return false;
  }
}

　　parsers 维护了一个固定长度（1000）的队列（内存池），队列中的元素都是实例化的 HTTPParser。

　　当 Node.js 接收到一个请求时，就从队列中索取一个 HTTPParser 实例，即调用 parsers.alloc()。

　　解析完报文后并没有将其马上释放，如果队列还没满就将其压入其中，即调用 parsers.free(parser)。

　　如此便实现了 parser 实例的反复利用，当并发量很高时，就能大大减少实例化所带来的性能损耗。

二、通信

　　Node.js 提供了request()方法显式地发起 HTTP 请求，著名的第三方库axios的服务端版本就是基于 request() 方法封装的。

1）GET 和 POST

　　GET 和 POST 是两个最常用的请求方法，主要区别包含4个方面：

• 语义不同，GET是获取数据，POST是提交数据。
• HTTP协议规定GET比POST安全，因为GET只做读取，不会改变服务器中的数据。但这只是规范，并不能保证请求方法的实现也是安全的。
•  GET请求会把附加参数带在URL上，而POST请求会把提交数据放在报文内。在浏览器中，URL长度会被限制，所以GET请求能传递的数据有限，但HTTP协议其实并没有对其做限制，都是浏览器在控制。
• HTTP协议规定GET是幂等的，而POST不是，所谓幂等是指多次请求返回的相同结果。实际应用中，并不会这么严格，当GET获取动态数据时，每次的结果可能会有所不同。

　　在下面的例子中，发起了一次 GET 请求，访问上一小节中创建的 Server，options 参数中包含域名、端口、路径、请求方法。

const http = require('http');
const options = {
  hostname: 'localhost',
  port: 1234,
  path: '/test?name=freedom',
  method: 'GET'
};
const req = http.request(options, res => {
  console.log(res.statusCode);
  res.on('data', d => {
    console.log(d.toString());   // strick
  });
});
req.end();

　　res 和 req 都是可写流，res 注册了 data 事件接收数据，而在请求的最后，必须手动关闭 req 可写流。

　　POST 请求的构造要稍微复杂点，在 options 参数中，会添加请求首部，下面增加了内容的MIME类型和内容长度。

　　req.write() 方法可发送一块请求内容，如果没有设置 Content-Length，则数据将自动使用 HTTP 分块传输进行编码，以便服务器知道数据何时结束。 Transfer-Encoding: chunked 标头会被添加。

const http = require('http');
const data = JSON.stringify({
  name: 'freedom'
});
const options = {
  hostname: 'localhost',
  port: 1234,
  path: '/test',
  method: 'POST',
  headers: {
    'Content-Type': 'application/json',
    'Content-Length': data.length
  }
};
const req = http.request(options, res => {
  console.log(res.statusCode);
  res.on('data', d => {
    console.log(d.toString());   // strick
  });
});
req.write(data);
req.end();

　　在 Server 中，若要接收请求的参数，需要做些处理。

　　GET 请求比较简单，读取 req.url 属性，解析 url 中的参数就能得到请求参数。

　　POST 请求就需要注册 data 事件，下面代码中只考虑了最简单的场景，直接获取然后字符串格式化。

const server = http.createServer((req, res) => {
  console.log(req.url);          // /test?name=freedom
  req.on('data', d => {
    console.log(d.toString());   // {"name":"freedom"}
  });
})

　　在 KOA 的插件中有一款koa-bodyparser，基于co-body库，可解析 POST 请求的数据，将结果附加到 ctx.request.body 属性中。

　　而 co-body 依赖了raw-body库，它能将多块二进制数据流组合成一块整体，刚刚的请求数据可以像下面这样接收。

const getRawBody = require('raw-body');
const server = http.createServer((req, res) => {
  getRawBody(req).then(function (buf) {
    // <Buffer 7b 22 6e 61 6d 65 22 3a 22 66 72 65 65 64 6f 6d 22 7d>
    console.log(buf);
  });
})

2）路由

　　在开发实际的 Node.js 项目时，路由是必不可少的。

　　下面是一个极简的路由演示，先实例化URL类，再读取路径名称，最后根据 if-else 语句返回响应。

const server = http.createServer((req, res) => {
  // 实例化 URL 类
  const url = new URL(req.url, 'http://localhost:1234');
  const { pathname } = url;
  // 简易路由
  if(pathname === '/') {
    res.end('main');
  }else if(pathname === '/test') {
    res.end('test');
  }
});

　　上述写法，不能应用于实际项目中，无论是在维护性，还是可读性方面都欠妥。下面通过一个开源库，来简单了解下路由系统的运行原理。

　　在 KOA 的插件中，有一个专门用于路由的koa-router（如下所示），先实例化 Router 类，然后注册一个路由，再挂载路由中间件。

var Koa = require('koa');
var Router = require('koa-router');

var app = new Koa();
var router = new Router();

router.get('/', (ctx, next) => {
  // ctx.router available
});

app.use(router.routes()).use(router.allowedMethods());

　　Router() 构造函数中仅仅是初始化一些变量，在注册路由时会调用 register() 方法，将路径和回调函数绑定。

methods.forEach(function (method) {
  Router.prototype[method] = function (name, path, middleware) {
    var middleware;
    if (typeof path === 'string' || path instanceof RegExp) {
      middleware = Array.prototype.slice.call(arguments, 2);
    } else {
      middleware = Array.prototype.slice.call(arguments, 1);
      path = name;
      name = null;
    }
    this.register(path, [method], middleware, {
      name: name
    });
    return this;
  };
});

　　在 register() 函数中，会将实例化一个 Layer 类，就是一个路由实例，并加到内部的数组中，下面是删减过的源码。

Router.prototype.register = function (path, methods, middleware, opts) {
  opts = opts || {};
  // 路由数组
  var stack = this.stack;
  // 实例化路由
  var route = new Layer(path, methods, middleware, {
    end: opts.end === false ? opts.end : true,
    name: opts.name,
    sensitive: opts.sensitive || this.opts.sensitive || false,
    strict: opts.strict || this.opts.strict || false,
    prefix: opts.prefix || this.opts.prefix || "",
    ignoreCaptures: opts.ignoreCaptures
  });
  // add parameter middleware
  Object.keys(this.params).forEach(function (param) {
    route.param(param, this.params[param]);
  }, this);
  // 加到数组中
  stack.push(route);
  return route;
};

　　在注册中间件时，首先会调用 router.routes() 方法，在该方法中会执行匹配到的路由（路径和请求方法相同）的回调。

　　其中 layerChain 是一个数组，它会先添加一个处理数组的回调函数，再合并一个或多个路由回调（一条路径可以声明多个回调），

　　在处理完匹配路由的所有回调函数后，再去运行下一个中间件。

Router.prototype.routes = Router.prototype.middleware = function () {
  var router = this;
  var dispatch = function dispatch(ctx, next) {
    var path = router.opts.routerPath || ctx.routerPath || ctx.path;
    /**
     * 找出所有匹配的路由，可能声明了相同路径和请求方法的路由
     * matched = {
     *   path: [],            路径匹配
     *   pathAndMethod: [],   路径和方法匹配
     *   route: false         路由是否匹配
     * }
     */
    var matched = router.match(path, ctx.method);
    var layerChain, layer, i;

    if (ctx.matched) {
      ctx.matched.push.apply(ctx.matched, matched.path);
    } else {
      ctx.matched = matched.path;
    }
    // 将 router 挂载到 ctx 上，供其他中间件使用
    ctx.router = router;
    // 没有匹配的路由，就运行下一个中间件
    if (!matched.route) return next();

    var matchedLayers = matched.pathAndMethod   // 路径和请求方法都匹配的数组
    // 最后一个 matchedLayer
    var mostSpecificLayer = matchedLayers[matchedLayers.length - 1]
    ctx._matchedRoute = mostSpecificLayer.path;
    if (mostSpecificLayer.name) {
      ctx._matchedRouteName = mostSpecificLayer.name;
    }
    /**
     * layerChain 是一个数组，先添加一个处理数组的回调函数，再合并一个或多个路由回调
     * 目的是在运行路由回调之前，将请求参数挂载到 ctx.params 上
     */
    layerChain = matchedLayers.reduce(function(memo, layer) {
      memo.push(function(ctx, next) {
        // 正则匹配的捕获数组
        ctx.captures = layer.captures(path, ctx.captures);
        // 请求参数对象，key 是参数名，value 是参数值
        ctx.params = layer.params(path, ctx.captures, ctx.params);
        ctx.routerName = layer.name;
        return next();
      });
      // 注册路由时的回调，stack 有可能是数组
      return memo.concat(layer.stack);
    }, []);
    // 在处理完匹配路由的所有回调函数后，运行下一个中间件
    return compose(layerChain)(ctx, next);
  };
  dispatch.router = this;
  return dispatch;
};

　　另一个 router.allowedMethods() 会对异常行为做统一的默认处理，例如不支持的请求方法，不存在的状态码等。

参考资料：

饿了么网络面试题

深入理解Node.js源码之HTTP

官网HTTP

Node HTTP Server 源码解读

node http server源码解析

Node 源码 —— http 模块

通过源码解析 Node.js 中一个 HTTP 请求到响应的历程

koa-router源码解析

koa-router源码解读