自己动手，开发轻量级，高性能http服务器。

前言 http协议是互联网上使用最广泛的通讯协议了。web通讯也是基于http协议；对应c#开发者来说，asp.net core是最新的开发web应用平台。由于最近要开发一套人脸识别系统，对通讯效率的要求很高。虽然.net core对http处理很优化了，但是我决定开发一个轻量级http服务器；不求功能多强大，只求能满足需求，性能优越。本文以c#开发windows下http服务器为例。

　　经过多年的完善、优化，我积累了一个非常高效的网络库（参见我的文章：高性能通讯库）。以此库为基础，开发一套轻量级的http服务器难度并不大。我花了两天的时间完成http服务器开发，并做了测试。同时与asp.net core处理效率做了对比，结果出乎意料。我的服务器性能是asp.net core的10倍。对于此结果，一开始我也是不相信，经过多次反复测试，事实却是如此。此结果并不能说明我写的服务器优于asp.net core，只是说明一个道理：合适的就是最好，高大上的东西并不是最好的。

1 HTTP协议特点

HTTP协议是基于TCP/IP之上的文本交换协议。对于开发者而言，也属于socket通讯处理范畴。只是http协议是请求应答模式，一次请求处理完成，则立即断开。http这种特点对sokcet通讯提出几个要求：

a) 能迅速接受TCP连接请求。TCP是面向连接的，在建立连接时，需要三次握手。这就要求socket处理accept事件要迅速，要能短时间处理大量连接请求。

b) 服务端必须采用异步通讯模式。对windows而言，底层通讯就要采取IOCP，这样才能应付成千上万的socket请求。

c) 快速的处理读取数据。tcp是流传输协议，而http传输的是文本协议；客户端向服务端发送的数据，服务端可能需要读取多次，服务端需要快速判断数据是否读取完毕。

以上几点只是处理http必须要考虑的问题，如果需要进一步优化，必须根据自身的业务特点来处理。

 2 快速接受客户端的连接请求

  采用异步Accept接受客户端请求。这样的好处是：可以同时投递多个连接请求。当有大量客户端请求时，能快速建立连接。

 异步连接请求代码如下：

   public bool StartAccept()
        {
            SocketAsyncEventArgs acceptEventArgs = new SocketAsyncEventArgs();
            acceptEventArgs.Completed += AcceptEventArg_Completed;

            bool willRaiseEvent = listenSocket.AcceptAsync(acceptEventArgs);
            Interlocked.Increment(ref _acceptAsyncCount);

            if (!willRaiseEvent)
            {
                Interlocked.Decrement(ref _acceptAsyncCount);
                _acceptEvent.Set();
                acceptEventArgs.Completed -= AcceptEventArg_Completed;
                ProcessAccept(acceptEventArgs);
            }
            return true;
        }

可以设置同时投递的个数，比如此值为10。当异步连接投递个数小于10时，立马再次增加投递。有一个线程专门负责投递。

_acceptAsyncCount记录当前正在投递的个数，MaxAcceptInPool表示同时投递的个数；一旦_acceptAsyncCount小于MaxAcceptInPool，立即增加一次投递。

 private void DealNewAccept()
        {
            try
            {
                if (_acceptAsyncCount <= MaxAcceptInPool)
                {
                    StartAccept();
                }          
            }
            catch (Exception ex)
            {
                _log.LogException(0, "DealNewAccept 异常", ex);
            }
        }

3 快速分析从客户端收到的数据

比如客户端发送1M数据到服务端，服务端收到1M数据，需要读取的次数是不确定的。怎么样才能知道数据是否读取完？

这个细节处理不好，会严重影响服务器的性能。毕竟服务器要对大量这样的数据进行分析。

http包头举例

POST / HTTP/1.1
Accept: */*
Content-Type: application/x-www-from-urlencoded
Host: www.163.com
Content-Length: 7
Connection: Keep-Alive
body

分析读取数据，常规、直观的处理方式如下：

1) 将收到的多个buffer合并成一个buffer。如果读取10次才完成，则需要合并9次。

2) 将buffer数据转成文本。

3) 找到文本中的http包头结束标识(" ") 。

4) 找到Content-Length，根据此值判断是否接收完成。

采用上述处理方法，将严重影响处理性能。必须另辟蹊径，采用更优化的处理方法。

优化后的处理思路

1）多缓冲处理

基本思路是：收到所有的buffer之前，不进行buffer合并。将缓冲存放在List<byte[]> listBuffer中。通过遍历listBuffer来查找http包头结束标识，来判断是否接收完成。

类BufferManage负责管理buffer。

 public class BufferManage
    {
        List<byte[]> _listBuffer = new List<byte[]>();

        public void AddBuffer(byte[] buffer)
        {
            _listBuffer.Add(buffer);
        }

        public bool FindBuffer(byte[] destBuffer, out int index)
        {
            index = -1;
            int flagIndex = 0;

            int count = 0;
            foreach (byte[] buffer in _listBuffer)
            {
                foreach (byte ch in buffer)
                {
                    count++;
                    if (ch == destBuffer[flagIndex])
                    {
                        flagIndex++;
                    }
                    else
                    {
                        flagIndex = 0;
                    }

                    if (flagIndex >= destBuffer.Length)
                    {
                        index = count;
                        return true;
                    }
                }
            }

            return false;
        }

        public int TotalByteLength
        {
            get
            {
                int count = 0;
                foreach (byte[] item in _listBuffer)
                {
                    count += item.Length;
                }
                return count;
            }
        }

        public byte[] GetAllByte()
        {
            if (_listBuffer.Count == 0)
                return new byte[0];
            if (_listBuffer.Count == 1)
                return _listBuffer[0];

            int byteLen = 0;
            _listBuffer.ForEach(o => byteLen += o.Length);
            byte[] result = new byte[byteLen];

            int index = 0;
            foreach (byte[] item in _listBuffer)
            {
                Buffer.BlockCopy(item, 0, result, index, item.Length);
                index += item.Length;
            }
            return result;
        }

        public byte[] GetSubBuffer(int start, int countTotal)
        {
            if (countTotal == 0)
                return new byte[0];

            byte[] result = new byte[countTotal];
            int countCopyed = 0;

            int indexOfBufferPool = 0;
            foreach (byte[] buffer in _listBuffer)
            {
                //找到起始复制点
                int indexOfItem = 0;
                if (indexOfBufferPool < start)
                {
                    int left = start - indexOfBufferPool;
                    if (buffer.Length <= left)
                    {
                        indexOfBufferPool += buffer.Length;
                        continue;
                    }
                    else
                    {
                        indexOfItem = left;
                        indexOfBufferPool = start;
                    }
                }

                //复制数据
                int dataLeft = buffer.Length - indexOfItem;
                int dataNeed = countTotal - countCopyed;
                if (dataNeed >= dataLeft)
                {
                    Buffer.BlockCopy(buffer, indexOfItem, result, countCopyed, dataLeft);
                    countCopyed += dataLeft;
                }
                else
                {
                    Buffer.BlockCopy(buffer, indexOfItem, result, countCopyed, dataNeed);
                    countCopyed += dataNeed;
                }
                if (countCopyed >= countTotal)
                {
                    Debug.Assert(countCopyed == countTotal);
                    return result;
                }
            }
            throw new Exception("没有足够的数据！");
            // return result;
        }
    }

类HttpReadParse借助BufferManage类，实现对http文本的解析。

  public class HttpReadParse
    {

        BufferManage _bufferManage = new BufferManage();

        public void AddBuffer(byte[] buffer)
        {
            _bufferManage.AddBuffer(buffer);
        }

        public int HeaderByteCount { get; private set; } = -1;

        string _httpHeaderText = string.Empty;
        public string HttpHeaderText
        {
            get
            {
                if (_httpHeaderText != string.Empty)
                    return _httpHeaderText;

                if (!IsHttpHeadOver)
                    return _httpHeaderText;

                byte[] buffer = _bufferManage.GetSubBuffer(0, HeaderByteCount);
                _httpHeaderText = Encoding.UTF8.GetString(buffer);
                return _httpHeaderText;
            }
        }

        string _httpHeaderFirstLine = string.Empty;
        public string HttpHeaderFirstLine
        {
            get
            {
                if (_httpHeaderFirstLine != string.Empty)
                    return _httpHeaderFirstLine;

                if (HttpHeaderText == string.Empty)
                    return string.Empty;
                int index = HttpHeaderText.IndexOf(HttpConst.Flag_Return);
                if (index < 0)
                    return string.Empty;

                _httpHeaderFirstLine = HttpHeaderText.Substring(0, index);
                return _httpHeaderFirstLine;
            }
        }

        public string HttpRequestUrl
        {
            get
            {
                if (HttpHeaderFirstLine == string.Empty)
                    return string.Empty;

                string[] items = HttpHeaderFirstLine.Split(' ');
                if (items.Length < 2)
                    return string.Empty;

                return items[1];
            }
        }

        public bool IsHttpHeadOver
        {
            get
            {
                if (HeaderByteCount > 0)
                    return true;

                byte[] headOverFlag = HttpConst.Flag_DoubleReturnByte;

                if (_bufferManage.FindBuffer(headOverFlag, out int count))
                {
                    HeaderByteCount = count;
                    return true;
                }
                return false;
            }
        }

        int _httpContentLen = -1;
        public int HttpContentLen
        {
            get
            {
                if (_httpContentLen >= 0)
                    return _httpContentLen;

                if (HttpHeaderText == string.Empty)
                    return -1;

                int start = HttpHeaderText.IndexOf(HttpConst.Flag_HttpContentLenth);
                if (start < 0) //http请求没有包体
                    return 0;

                start += HttpConst.Flag_HttpContentLenth.Length;

                int end = HttpHeaderText.IndexOf(HttpConst.Flag_Return, start);
                if (end < 0)
                    return -1;

                string intValue = HttpHeaderText.Substring(start, end - start).Trim();
                if (int.TryParse(intValue, out _httpContentLen))
                    return _httpContentLen;
                return -1;
            }
        }

        public string HttpAllText
        {
            get
            {
                byte[] textBytes = _bufferManage.GetAllByte();
                string text = Encoding.UTF8.GetString(textBytes);
                return text;
            }
        }

        public int TotalByteLength => _bufferManage.TotalByteLength;

        public bool IsReadEnd
        {
            get
            {
                if (!IsHttpHeadOver)
                    return false;

                if (HttpContentLen == -1)
                    return false;

                int shouldLenth = HeaderByteCount + HttpContentLen;
                bool result = TotalByteLength >= shouldLenth;
                return result;
            }
        }

        public List<HttpByteValueKey> GetBodyParamBuffer()
        {
            List<HttpByteValueKey> result = new List<HttpByteValueKey>();

            if (HttpContentLen < 0)
                return result;
            Debug.Assert(IsReadEnd);

            if (HttpContentLen == 0)
                return result;

            byte[] bodyBytes = _bufferManage.GetSubBuffer(HeaderByteCount, HttpContentLen);

            //获取key value对应的byte
            int start = 0;
            int current = 0;
            HttpByteValueKey item = null;
            foreach (byte b in bodyBytes)
            {
                if (item == null)
                    item = new HttpByteValueKey();

                current++;
                if (b == '=')
                {
                    byte[] buffer = new byte[current - start - 1];
                    Buffer.BlockCopy(bodyBytes, start, buffer, 0, buffer.Length);
                    item.Key = buffer;
                    start = current;
                }
                else if (b == '&')
                {
                    byte[] buffer = new byte[current - start - 1];
                    Buffer.BlockCopy(bodyBytes, start, buffer, 0, buffer.Length);
                    item.Value = buffer;
                    start = current;
                    result.Add(item);
                    item = null;
                }
            }

            if (item != null && item.Key != null)
            {
                byte[] buffer = new byte[bodyBytes.Length - start];
                Buffer.BlockCopy(bodyBytes, start, buffer, 0, buffer.Length);
                item.Value = buffer;
                result.Add(item);
            }

            return result;
        }

        public string HttpBodyText
        {
            get
            {
                if (HttpContentLen < 0)
                    return string.Empty;
                Debug.Assert(IsReadEnd);

                if (HttpContentLen == 0)
                    return string.Empty;

                byte[] bodyBytes = _bufferManage.GetSubBuffer(HeaderByteCount, HttpContentLen);
                string bodyString = Encoding.UTF8.GetString(bodyBytes);
                return bodyString;
            }
        }

    }

4 性能测试

采用模拟客户端持续发送http请求测试，每个http请求包含两个图片。一次http请求大概发送70K数据。服务端解析数据后，立即发送应答。

注：所有测试都在本机，客户端无法模拟大量http请求，只能做简单压力测试。

1）本人所写的服务器，测试结果如下

 每秒可发送300次请求，每秒发送数据25M，服务器cpu占有率为4%。

2）asp.net core 服务器性能测试

每秒发送30次请求，服务器cpu占有率为12%。

测试对比：本人开发的服务端处理速度为asp.net core的10倍，cpu占用为对方的三分之一。asp.net core处理慢，有可能实现了更多的功能；只是这些隐藏的功能，对我们也没用。

后记: 如果没有开发经验，没有清晰的处理思路，开发一个高效的http服务器还有很困难的。本人也一直以来都是采用asp.net core作为http服务器。因为工作中需要高效的http服务器，就尝试写一个。不可否认，asp.net core各方面肯定优化的很好；但是，asp.net core 提供的某些功能是多余的。如果化繁为简，根据业务特点开发，性能未必不能更优。