C++ 實(shí)現(xiàn)高性能HTTP客戶端

更新時(shí)間：2021年08月26日 15:33:10 作者：Kevin Wan

HttpClient可以實(shí)現(xiàn)所有HTTP的方法，通過API傳輸接收HTTP消息。本文詳細(xì)講解了HttpClient，以及如何運(yùn)用C++實(shí)現(xiàn)HTTP客戶端，感興趣的朋友可以參考一下

一、什么是Http Client

Http協(xié)議，是全互聯(lián)網(wǎng)共同的語言，而Http Client，可以說是我們需要從互聯(lián)網(wǎng)世界獲取數(shù)據(jù)的最基本方法，它本質(zhì)上是一個(gè)URL到一個(gè)網(wǎng)頁的轉(zhuǎn)換過程。而有了基本的Http客戶端功能，再搭配上我們想要的規(guī)則和策略，上至內(nèi)容檢索下至數(shù)據(jù)分析都可以實(shí)現(xiàn)了。

繼上一次介紹用Workflow可以10行C++代碼實(shí)現(xiàn)高性能HTTP服務(wù)，今天繼續(xù)給大家用C++實(shí)現(xiàn)一個(gè)高性能的Http客戶端也同樣很簡單！

// [http_client.cc]
#include "stdio.h"
#include "workflow/HttpMessage.h"
#include "workflow/WFTaskFactory.h"

int main (int argc, char *argv[])
{
    const char *url = "https://github.com/sogou/workflow";
    WFHttpTask *task = WFTaskFactory::create_http_task (url, 2, 3,
            [](WFHttpTask * task) { 
                fprintf(stderr, "%s %s %s\r\n",
                        task->get_resp()->get_http_version(),
                        task->get_resp()->get_status_code(),
                        task->get_resp()->get_reason_phrase());
    });
    task->start();
    getchar(); // press "Enter" to end.
    return 0;
}

只要安裝好了Workflow，以上代碼即可以通過以下命令編譯出一個(gè)簡單的http_client：

g++ -o http_client http_client.cc --std=c++11 -lworkflow -lssl -lcrypto -lpthread

根據(jù)Http協(xié)議，我們執(zhí)行這個(gè)可執(zhí)行程序 ./http_client，就會(huì)得到以下內(nèi)容：

HTTP/1.1 200 OK

同理，我們還可以通過其他api來獲得返回的其他Http header和Http body，一切內(nèi)容都在這個(gè) WFHttpTask 中。而因?yàn)?strong>Workflow是個(gè)異步調(diào)度框架，因此這個(gè)任務(wù)發(fā)出之后，不會(huì)阻塞當(dāng)前線程，外加內(nèi)部自帶的連接復(fù)用，從根本上保證了我們的Http Client的高性能。

接下來給大家詳細(xì)講解一下原理～

二、請求的過程

1. 創(chuàng)建Http任務(wù)

上述demo可以看到，請求是通過發(fā)起一個(gè)Workflow的Http異步任務(wù)來實(shí)現(xiàn)的，創(chuàng)建任務(wù)的接口如下：

WFHttpTask *create_http_task(const std::string& url,
                             int redirect_max, int retry_max,
                             http_callback_t callback);

第一個(gè)參數(shù)就是我們要請求的URL。對應(yīng)的，在一開始的示例中，我們的重定向次數(shù)redirect_max是2次，而重試次數(shù)retry_max是3次。第四個(gè)參數(shù)是一個(gè)回調(diào)函數(shù)，示例中我們用了一個(gè)lambda，由于Workflow的任務(wù)都是異步的，因此我們處理結(jié)果這件事情是被動(dòng)通知我們的，結(jié)果回來就會(huì)調(diào)起這個(gè)回調(diào)函數(shù)，格式如下：

using http_callback_t = std::function<void (WFHttpTask *)>;

2. 填寫header并發(fā)出

我們的網(wǎng)絡(luò)交互無非是請求-回復(fù)，對應(yīng)到Http Client上，在我們創(chuàng)建好了task之后，我們有一些時(shí)機(jī)是處理請求的，在Http協(xié)議里，就是在header里填好協(xié)議相關(guān)的事情，比如我們可以通過Connection來指定希望得到建立Http的長連接，以節(jié)省下次建立連接的耗時(shí)，那么我們可以把Connection設(shè)置為Keep-Alive。示例如下：

protocol::HttpRequest *req = task->get_req();
req->add_header_pair("Connection", "Keep-Alive");
task->start();

最后我們會(huì)把設(shè)置好請求的任務(wù)，通過 task->start(); 發(fā)出。最開始的 http_client.cc 示例中，有一個(gè) getchar(); 語句，是因?yàn)槲覀兊漠惒饺蝿?wù)發(fā)出后是非阻塞的，當(dāng)前線程不暫時(shí)停住就會(huì)退出，而我們希望等到回調(diào)函數(shù)回來，因此我們可以用多種暫停的方式。

3. 處理返回結(jié)果

一個(gè)返回結(jié)果，根據(jù)Http協(xié)議，會(huì)包含三部分：消息行、消息頭header、消息正文body。如果我們想要獲取body，可以這樣：

const void *body;
size_t body_len;
task->get_resp()->get_parsed_body(&body, &body_len);

三、高性能的基本保證

我們使用C++來寫Http Client，最香的就是可以利用其高性能。Workflow對高并發(fā)是如何保證的呢？其實(shí)就兩點(diǎn)：

純異步；

連接復(fù)用；

前者是對線程資源的重復(fù)利用、后者是對連接資源的重復(fù)利用，這些框架層級(jí)都為用戶管理好了，充分減少開發(fā)者的心智負(fù)擔(dān)。

1. 異步調(diào)度模式

同步和異步的模式直接決定了我們的Http Client可以有多大的并發(fā)度。為什么呢？通過下圖可以先看看同步框架發(fā)起三個(gè)Http任務(wù)，線程模型是怎樣的：

網(wǎng)絡(luò)延遲往往非常大，如果我們在同步等待任務(wù)回來的話，線程就會(huì)一直被占用。這時(shí)候我們需要看看異步框架是如何實(shí)現(xiàn)的：

如圖所示，只要任務(wù)發(fā)出之后，線程即可做其他事情，我們傳入了一個(gè)回調(diào)函數(shù)做異步通知，因此等任務(wù)的網(wǎng)絡(luò)回復(fù)收完之后，再讓線程執(zhí)行這個(gè)回調(diào)函數(shù)即可拿到Http請求的結(jié)果，期間多個(gè)任務(wù)并發(fā)出去的時(shí)候，線程是可以復(fù)用的，輕松達(dá)到幾十萬的QPS并發(fā)度。

2. 連接復(fù)用

我們剛才有提到，只要我們建立了長連接，即可提高效率。為什么呢？因?yàn)榭蚣軐B接有復(fù)用。我們先來看看如果一個(gè)請求就建立一個(gè)連接，會(huì)是什么樣的情況：

很顯然，占用大量的連接是對系統(tǒng)資源的浪費(fèi)，而且每次都要做connect以及close是非常耗時(shí)的，除了TCP常見的握手以外，許多應(yīng)用層協(xié)議建立連接的過程也會(huì)相對復(fù)雜。但使用Workflow就不會(huì)有這樣的煩惱，Workflow會(huì)在任務(wù)發(fā)出的時(shí)候自動(dòng)查找當(dāng)前可以復(fù)用的連接，如果沒有才會(huì)自動(dòng)創(chuàng)建，完全不需要開發(fā)者關(guān)心連接如何復(fù)用的細(xì)節(jié)：