在gin框架中，最关键的就是前缀树，是很重要的。

gin框架本质上是在http包的基础之上，对其的一个二次封装。

这里借鉴一下小徐先生的图，可能当前版本的gin可能内容有所改变，但大致思想还是这样。

gin框架所做的就是提供一个gin.Engine作为对象Handler注入其中，从而实现路由注册匹配，请求处理链路的优化。

一.核心数据结构

1.1 gin.Engine

type Engine struct {// 路由组RouterGroup// ...// context 对象池pool             sync.Pool// 方法路由树trees            methodTrees// ...
}

Engine 为 Gin 中构建的 HTTP Handler，其实现了 net/http 包下 Handler interface 的抽象方法： Handler.ServeHTTP，因此可以作为 Handler 注入到 net/http 的 Server 当中.

Engine包含的核心内容包括：

• 路由组 RouterGroup
• Context 对象池 pool：基于 sync.Pool 实现，作为复用 gin.Context 实例的缓冲池.
• 路由树数组 trees：共有 9 棵路由树，对应于 9 种 http 方法. 路由树基于压缩前缀树实现，

1.2 http方法

这里要知道一点，很多人都只用常见的4种方法，实际上gin框架并不仅仅只能处理这4种。

还可以处理这些方法：

• PATCH（用于对资源进行部分更新）
• HEAD（类似于GET，但只返回响应头）
• OPTIONS（用于获取服务器支持的请求方法等信息）

const (MethodGet     = "GET"MethodHead    = "HEAD"MethodPost    = "POST"MethodPut     = "PUT"MethodPatch   = "PATCH" // RFC 5789MethodDelete  = "DELETE"MethodConnect = "CONNECT"MethodOptions = "OPTIONS"MethodTrace   = "TRACE"
)

1.3 RouterGroup

type RouterGroup struct {Handlers HandlersChainbasePath stringengine *Engineroot bool
}

RouterGroup 是路由组的概念，其中的配置将被从属于该路由组的所有路由复用：

• Handlers：路由组共同的 handler 处理函数链. 组下的节点将拼接 RouterGroup 的公用 handlers 和自己的 handlers，组成最终使用的 handlers 链
• basePath：路由组的基础路径. 组下的节点将拼接 RouterGroup 的 basePath 和自己的 path，组成最终使用的 absolutePath
• engine：指向路由组从属的 Engine
• root：标识路由组是否位于 Engine 的根节点. 当用户基于 RouterGroup.Group 方法创建子路由组后，该标识为 false

1.4 HandlersChain

type HandlersChain []HandlerFunctype HandlerFunc func(*Context)

HandlersChain 是由多个路由处理函数 HandlerFunc 构成的处理函数链. 在使用的时候，会按照索引的先后顺序依次调用 HandlerFunc.

二.注册和启动流程

2.1 注册流程

下面以创建 gin.Engine 、注册 middleware 和注册 handler 作为主线，进行源码走读和原理解析：

func main() {// 创建一个 gin Engine，本质上是一个 http Handlermux := gin.Default()// 注册中间件mux.Use(myMiddleWare)// 注册一个 path 为 /ping 的处理函数mux.POST("/ping", func(c *gin.Context) {c.JSON(http.StatusOK, "pone")})// ...
}

接下来说一下注册的流程，在gin框架底层到底发生了什么？

1. 方法调用：gin.Default -> gin.New

• 创建一个 gin.Engine 实例
• 创建 Engine 的首个 RouterGroup，对应的处理函数链 Handlers 为 nil，基础路径 basePath 为 "/"，root 标识为 true
• 构造了 9 棵方法路由树，对应于 9 种 http 方法
• 创建了 gin.Context 的对象池

1. 注册middleware

通过 Engine.Use 方法可以实现中间件的注册，会将注册的 middlewares 添加到 RouterGroup.Handlers 中. 后续 RouterGroup 下新注册的 handler 都会在前缀中拼上这部分 group 公共的 handlers.

func (engine *Engine) Use(middleware ...HandlerFunc) IRoutes {engine.RouterGroup.Use(middleware...)// ...return engine
}

可以看到这个Use函数，可以同时注册多个中间件，他们是有一定的执行顺序的。

1. 注册handler

以 http post 为例，注册 handler 方法调用顺序为 RouterGroup.POST-> RouterGroup.handle，接下来会完成三个步骤：

• 拼接出待注册方法的完整路径 absolutePath
• 拼接出代注册方法的完整处理函数链 handlers
• 以 absolutePath 和 handlers 组成 kv 对添加到路由树中

一开始root的路径就是/，如果后续你添加路由组，也就是Group的时候，就会根据拼接，然后对应到相应的路由树去。

2.2 启动流程

这里是gin框架的运行http为主线，看下它的运行流程

func main() {// 创建一个 gin Engine，本质上是一个 http Handlermux := gin.Default()// 一键启动 http 服务if err := mux.Run(); err != nil{panic(err)}
}

func (engine *Engine) Run(addr ...string) (err error) {// ...err = http.ListenAndServe(address, engine.Handler())return
}

Run函数下调用ListenAndServe，传入的是gin框架实现的处理器，从而实现连接

顺便多提一嘴，ListenerAndServe 方法本身会基于主动轮询 + IO 多路复用的方式运行，因此程序在正常运行时，会始终阻塞于 Engine.Run 方法，不会返回.

func (srv *Server) Serve(l net.Listener) error {// ...ctx := context.WithValue(baseCtx, ServerContextKey, srv)for {rw, err := l.Accept()// ...connCtx := ctx// ...c := srv.newConn(rw)// ...go c.serve(connCtx)}
}

通过这个阻塞操作，每当有http请求来时，就会对他处理，然后开启一个协程来处理这个请求。

在服务端接收到 http 请求时，会通过 Handler.ServeHTTP 方法进行处理. 而此处的 Handler 正是 gin.Engine，其处理请求的核心步骤如下：

• 对于每笔 http 请求，会为其分配一个 gin.Context，在 handlers 链路中持续向下传递
• 调用 Engine.handleHTTPRequest 方法，从路由树中获取 handlers 链，然后遍历调用
• 处理完 http 请求后，会将 gin.Context 进行回收. 整个回收复用的流程基于对象池管理

func (engine *Engine) ServeHTTP(w http.ResponseWriter, req *http.Request) {// 从对象池中获取一个 contextc := engine.pool.Get().(*Context)// 重置/初始化 contextc.writermem.reset(w)c.Request = reqc.reset()// 处理 http 请求engine.handleHTTPRequest(c)// 把 context 放回对象池engine.pool.Put(c)
}

Engine.handleHTTPRequest 方法核心步骤分为三步：

• 根据 http method 取得对应的 methodTree
• 根据 path 从 methodTree 中找到对应的 handlers 链
• 将 handlers 链注入到 gin.Context 中，通过 Context.Next 方法按照顺序遍历调用 handler

三.路由实现原理

3.1 压缩前缀树（radix tree）

再说压缩前缀树之前，先来说说前缀树：

前缀树也称Trie树或字典树，是一种基于字符串公共前缀构建树形结构，来降低查询时间和提高效率的目的。前缀树一般用于统计和排序大量的字符串，其核心思想是空间换时间。

前缀树有三个重要特性:

• 根节点不包含字符，除根节点外每一个节点都只包含一个字符。
• 从根节点到某一节点路径上所有字符连接起来，就是该节点对应的字符串。
• 每个节点任意子节点包含的字符都不相同。

如下是普通前缀树的结构:

接下来，看看什么是压缩前缀树。

压缩前缀树又称基数树或 radix 树，是对前缀树的改良版本，优化点主要在于空间的节省

gin框架就采用的是压缩前缀树实现。

他和普通前缀树的区别就是倘若某个子节点是其父节点的唯一孩子，则与父节点进行合并。

3.2 为什么使用前缀树？

我们一般会将前缀树与哈希表结构进行对比，实际上标准库采用的就是哈希表实现。哈希表实现简单粗暴，但是有一些缺点，不太适合作为通用的路由结构。如:

1. 哈希表实现只支持简单的路径，不支持路径参数和通配
2. 路由的数量一般是有限的，使用map的优势并不明显
3. 哈希表需要存储完整的路径，相比较而言前缀树存储公共前缀只需要一个节点，空间效率更高

3.3 补偿机制

在 Gin 路由树中还使用一种补偿策略，在组装路由树时，会将注册路由句柄数量更多的 child node 摆放在 children 数组更靠前的位置.

这是因为某个链路注册的 handlers 句柄数量越多，一次匹配操作所需要花费的时间就越长，且被匹配命中的概率就越大，因此应该被优先处理.

3.4 核心数据结构

下面聊一下路由树的数据结构，对应于 9 种 http method，共有 9 棵 methodTree. 每棵 methodTree 会通过 root 指向 radix tree 的根节点.

type methodTree struct {method stringroot   *node
}

具体的内容就不再介绍了，有兴趣可以下去了解一下

四.gin.Context

接下来来看一下gin框架的上下文，已经它是如何承接http的吧

4.1 核心数据结构

gin.Context 的定位是对应于一次 http 请求，贯穿于整条 handlersChain 调用链路的上下文，其中包含了如下核心字段：

• Request/Writer：http 请求和响应的 reader、writer 入口
• handlers：本次 http 请求对应的处理函数链
• index：当前的处理进度，即处理链路处于函数链的索引位置
• engine：Engine 的指针
• mu：用于保护 map 的读写互斥锁
• Keys：缓存 handlers 链上共享数据的 map

type Context struct {// ...// http 请求参数Request   *http.Request// http 响应 writerWriter    ResponseWriter// ...// 处理函数链handlers HandlersChain// 当前处于处理函数链的索引index    int8engine       *Engine// ...// 读写锁，保证并发安全mu sync.RWMutex// key value 对存储 mapKeys map[string]any// ..
}

4.2 复用策略

gin.Context 作为处理 http 请求的通用数据结构，不可避免地会被频繁创建和销毁. 为了缓解 GC 压力，gin 中采用对象池 sync.Pool 进行 Context 的缓存复用，处理流程如下：

• • http 请求到达时，从 pool 中获取 Context，倘若池子已空，通过 pool.New 方法构造新的 Context 补上空缺
• • http 请求处理完成后，将 Context 放回 pool 中，用以后续复用

sync.Pool 并不是真正意义上的缓存，将其称为回收站或许更加合适，放入其中的数据在逻辑意义上都是已经被删除的，但在物理意义上数据是仍然存在的，这些数据可以存活两轮 GC 的时间，在此期间倘若有被获取的需求，则可以被重新复用.

看一下gin.Context的回收和分配时机

gin.Context 分配与回收的时机是在 gin.Engine 处理 http 请求的前后，位于 Engine.ServeHTTP 方法当中：

• 从池中获取 Context
• 重置 Context 的内容，使其成为一个空白的上下文
• 调用 Engine.handleHTTPRequest 方法处理 http 请求
• 请求处理完成后，将 Context 放回池中

func (engine *Engine) ServeHTTP(w http.ResponseWriter, req *http.Request) {// 从对象池中获取一个 contextc := engine.pool.Get().(*Context)// 重置/初始化 contextc.writermem.reset(w)c.Request = reqc.reset()// 处理 http 请求engine.handleHTTPRequest(c)// 把 context 放回对象池engine.pool.Put(c)
}

4.3 使用时机

（1）handlesChain 入口

在 Engine.handleHTTPRequest 方法处理请求时，会通过 path 从 methodTree 中获取到对应的 handlers 链，然后将 handlers 注入到 Context.handlers 中，然后启动 Context.Next 方法开启 handlers 链的遍历调用流程.

func (engine *Engine) handleHTTPRequest(c *Context) {// ...t := engine.treesfor i, tl := 0, len(t); i < tl; i++ {if t[i].method != httpMethod {continue}root := t[i].root        value := root.getValue(rPath, c.params, c.skippedNodes, unescape)// ...if value.handlers != nil {c.handlers = value.handlersc.fullPath = value.fullPathc.Next()c.writermem.WriteHeaderNow()return}// ...}// ...
}

（2）handlesChain 遍历调用

推进 handlers 链调用进度的方法正是 Context.Next. 可以看到其中以 Context.index 为索引，通过 for 循环依次调用 handlers 链中的 handler.

func (c *Context) Next() {c.index++for c.index < int8(len(c.handlers)) {c.handlers[c.index](c)c.index++}
}

由于 Context 本身会暴露于调用链路中，因此用户可以在某个 handler 中通过手动调用 Context.Next 的方式来打断当前 handler 的执行流程，提前进入下一个 handler 的处理中.

由于此时本质上是一个方法压栈调用的行为，因此在后置位 handlers 链全部处理完成后，最终会回到压栈前的位置，执行当前 handler 剩余部分的代码逻辑.

结合下面的代码示例来说，用户可以在某个 handler 中，于调用 Context.Next 方法的前后分别声明前处理逻辑和后处理逻辑，这里的“前”和“后”相对的是后置位的所有 handler 而言.

func myHandleFunc(c *gin.Context){// 前处理preHandle()  c.Next()// 后处理postHandle()
}

此外，用户可以在某个 handler 中通过调用 Context.Abort 方法实现 handlers 链路的提前熔断.

其实现原理是将 Context.index 设置为一个过载值 63，导致 Next 流程直接终止. 这是因为 handlers 链的长度必须小于 63，否则在注册时就会直接 panic. 因此在 Context.Next 方法中，一旦 index 被设为 63，则必然大于整条 handlers 链的长度，for 循环便会提前终止.

const abortIndex int8 = 63func (c *Context) Abort() {c.index = abortIndex
}

此外，用户还可以通过 Context.IsAbort 方法检测当前 handlerChain 是出于正常调用，还是已经被熔断.

func (c *Context) IsAborted() bool {return c.index >= abortIndex
}

注册 handlers，倘若 handlers 链长度达到 63，则会 panic

func (group *RouterGroup) combineHandlers(handlers HandlersChain) HandlersChain {finalSize := len(group.Handlers) + len(handlers)// 断言 handlers 链长度必须小于 63assert1(finalSize < int(abortIndex), "too many handlers")// ...
}

4.4 共享数据存取

gin.Context 作为 handlers 链的上下文，还提供对外暴露的 Get 和 Set 接口向用户提供了共享数据的存取服务，相关操作都在读写锁的保护之下，能够保证并发安全.

type Context struct {// ...// 读写锁，保证并发安全mu sync.RWMutex// key value 对存储 mapKeys map[string]any
}

func (c *Context) Get(key string) (value any, exists bool) {c.mu.RLock()defer c.mu.RUnlock()value, exists = c.Keys[key]return
}

func (c *Context) Set(key string, value any) {c.mu.Lock()defer c.mu.Unlock()if c.Keys == nil {c.Keys = make(map[string]any)}c.Keys[key] = value
}