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-Alivebody
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("\r\n\r\n") 。
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。
1 public class HttpReadParse
2 {
3
4 BufferManage _bufferManage = new BufferManage();
5
6 public void AddBuffer(byte[] buffer)
7 {
8 _bufferManage.AddBuffer(buffer);
9 }
10
11 public int HeaderByteCount { get; private set; } = -1;
12
13 string _httpHeaderText = string.Empty;
14 public string HttpHeaderText
15 {
16 get
17 {
18 if (_httpHeaderText != string.Empty)
19 return _httpHeaderText;
20
21 if (!IsHttpHeadOver)
22 return _httpHeaderText;
23
24 byte[] buffer = _bufferManage.GetSubBuffer(0, HeaderByteCount);
25 _httpHeaderText = Encoding.UTF8.GetString(buffer);
26 return _httpHeaderText;
27 }
28 }
29
30 string _httpHeaderFirstLine = string.Empty;
31 public string HttpHeaderFirstLine
32 {
33 get
34 {
35 if (_httpHeaderFirstLine != string.Empty)
36 return _httpHeaderFirstLine;
37
38 if (HttpHeaderText == string.Empty)
39 return string.Empty;
40 int index = HttpHeaderText.IndexOf(HttpConst.Flag_Return);
41 if (index < 0)
42 return string.Empty;
43
44 _httpHeaderFirstLine = HttpHeaderText.Substring(0, index);
45 return _httpHeaderFirstLine;
46 }
47 }
48
49 public string HttpRequestUrl
50 {
51 get
52 {
53 if (HttpHeaderFirstLine == string.Empty)
54 return string.Empty;
55
56 string[] items = HttpHeaderFirstLine.Split(‘ ‘);
57 if (items.Length < 2)
58 return string.Empty;
59
60 return items[1];
61 }
62 }
63
64 public bool IsHttpHeadOver
65 {
66 get
67 {
68 if (HeaderByteCount > 0)
69 return true;
70
71 byte[] headOverFlag = HttpConst.Flag_DoubleReturnByte;
72
73 if (_bufferManage.FindBuffer(headOverFlag, out int count))
74 {
75 HeaderByteCount = count;
76 return true;
77 }
78 return false;
79 }
80 }
81
82 int _httpContentLen = -1;
83 public int HttpContentLen
84 {
85 get
86 {
87 if (_httpContentLen >= 0)
88 return _httpContentLen;
89
90 if (HttpHeaderText == string.Empty)
91 return -1;
92
93 int start = HttpHeaderText.IndexOf(HttpConst.Flag_HttpContentLenth);
94 if (start < 0) //http请求没有包体
95 return 0;
96
97 start += HttpConst.Flag_HttpContentLenth.Length;
98
99 int end = HttpHeaderText.IndexOf(HttpConst.Flag_Return, start);
100 if (end < 0)
101 return -1;
102
103 string intValue = HttpHeaderText.Substring(start, end - start).Trim();
104 if (int.TryParse(intValue, out _httpContentLen))
105 return _httpContentLen;
106 return -1;
107 }
108 }
109
110 public string HttpAllText
111 {
112 get
113 {
114 byte[] textBytes = _bufferManage.GetAllByte();
115 string text = Encoding.UTF8.GetString(textBytes);
116 return text;
117 }
118 }
119
120 public int TotalByteLength => _bufferManage.TotalByteLength;
121
122 public bool IsReadEnd
123 {
124 get
125 {
126 if (!IsHttpHeadOver)
127 return false;
128
129 if (HttpContentLen == -1)
130 return false;
131
132 int shouldLenth = HeaderByteCount + HttpContentLen;
133 bool result = TotalByteLength >= shouldLenth;
134 return result;
135 }
136 }
137
138 public List<HttpByteValueKey> GetBodyParamBuffer()
139 {
140 List<HttpByteValueKey> result = new List<HttpByteValueKey>();
141
142 if (HttpContentLen < 0)
143 return result;
144 Debug.Assert(IsReadEnd);
145
146 if (HttpContentLen == 0)
147 return result;
148
149 byte[] bodyBytes = _bufferManage.GetSubBuffer(HeaderByteCount, HttpContentLen);
150
151 //获取key value对应的byte
152 int start = 0;
153 int current = 0;
154 HttpByteValueKey item = null;
155 foreach (byte b in bodyBytes)
156 {
157 if (item == null)
158 item = new HttpByteValueKey();
159
160 current++;
161 if (b == ‘=‘)
162 {
163 byte[] buffer = new byte[current - start - 1];
164 Buffer.BlockCopy(bodyBytes, start, buffer, 0, buffer.Length);
165 item.Key = buffer;
166 start = current;
167 }
168 else if (b == ‘&‘)
169 {
170 byte[] buffer = new byte[current - start - 1];
171 Buffer.BlockCopy(bodyBytes, start, buffer, 0, buffer.Length);
172 item.Value = buffer;
173 start = current;
174 result.Add(item);
175 item = null;
176 }
177 }
178
179 if (item != null && item.Key != null)
180 {
181 byte[] buffer = new byte[bodyBytes.Length - start];
182 Buffer.BlockCopy(bodyBytes, start, buffer, 0, buffer.Length);
183 item.Value = buffer;
184 result.Add(item);
185 }
186
187 return result;
188 }
189
190 public string HttpBodyText
191 {
192 get
193 {
194 if (HttpContentLen < 0)
195 return string.Empty;
196 Debug.Assert(IsReadEnd);
197
198 if (HttpContentLen == 0)
199 return string.Empty;
200
201 byte[] bodyBytes = _bufferManage.GetSubBuffer(HeaderByteCount, HttpContentLen);
202 string bodyString = Encoding.UTF8.GetString(bodyBytes);
203 return bodyString;
204 }
205 }
206
207 }
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。
原文地址：https://www.cnblogs.com/yuanchenhui/p/httpserver.html