前綴樹算法實現路由匹配原理解析

時間 2020-04-03

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路由功能是web框架中一個很重要的功能，它將不一樣的請求轉發給不一樣的函數(handler)處理，很容易能想到，咱們能夠用一個字典保存它們之間的對應關係，字典的key存放path，value存放handler。當一個請求過來後，使用 routers.get(path, None) 就能夠找到對應的handler。node

利用字典實現路由能夠參考個人這篇文章：動手實現web框架。git

使用字典有一個問題，不支持動態路由。若是路由像這樣呢？github

/hello/:name/profile

name前面是通配符: ，表示這是個動態的值。一個解決辦法是使用前綴樹trie。web

前綴樹

leetcode中有這個算法，點這裏查看。

前綴樹前綴樹，首先是一棵樹。不一樣的是樹中一個節點的全部子孫都有相同的前綴。前綴樹將單詞中的每一個字母依次插入樹中，插入前首先確認該單詞是否存在，不存在才建立新節點，若是一個單詞已經所有插入，則將末尾單詞設置爲標誌位。算法

type Node struct {
    isWord bool // 是不是單詞結尾
    next   map[string]*Node // 子節點
}

type Trie struct {
    root *Node
}

以單詞leetcode，leetd和code爲例，首先一次插入leetcode中的每一個單詞，而後插入leetd的時候，leet在樹中已經存在，跳過往下，如今要插入字母d，不存在，因此新建節點插入樹中，並將該節點的isWord置位true，代表到了單詞末尾。框架

最終插入結果爲：函數

func (this *Trie) Insert(word string) {
    cur := this.root
    for _, w := range []rune(word) {
        c := string(w)
        if cur.next[c] == nil {
            cur.next[c] = &Node{next: make(map[string]*Node)}
        }
        cur = cur.next[c]
    }
    cur.isWord = true
}

那麼，當咱們要搜索單詞leetd的時候，從根節點開始查找，若是找到某條路徑是leetd，而且末尾的d是單詞標誌位，則表示搜索成功。this

func (this *Trie) Search(word string) bool {
    cur := this.root
    for _, w := range []rune(word) {
        c := string(w)
        if cur.next[c] == nil {
            return false
        }
        cur = cur.next[c]
    }
    return cur.isWord
}

明白了前綴樹的原理，咱們來看看路由匹配是如何利用前綴樹來實現的。搜索引擎

路由前綴樹

go語言中gin框架的路由實現就是利用前綴樹，能夠看看它的源代碼是如何實現的。spa

考慮一下，路由或者說路徑的特色，是以 / 分隔的單詞組成的，那咱們將 / 的每一部分掛靠在前綴樹上就能夠了。以下圖所示：

還有一點須要考慮，咱們在用web框架定義路由的時候，常見的作法是根據不一樣的HTTP方法來定義。好比：

// 以go語言gin框架爲例
g := gin.New()
g.GET("/hello", Hello)
g.POST("/form", Form)

對於同一個路徑，可能有多個方法支持。因此咱們要以不一樣HTTP方法爲樹根建立前綴樹。當一個GET請求過來的時候，就從GET樹上搜索，POST請求就從POST樹上搜索。

除了爲不一樣的HTTP方法定義樹以外，還要給那些是通配符的節點增長一個標誌位。因此，咱們的路由前綴樹結構看起來像這樣：

type node struct {
    path     string           // 路由路徑
    part     string           // 路由中由'/'分隔的部分
    children map[string]*node // 子節點
    isWild   bool             // 是不是通配符節點
}

type router struct {
    root  map[string]*node       // 路由樹根節點
    route map[string]HandlerFunc // 路由處理handler
}

依照上面的前綴樹算法的實現，照葫蘆畫瓢，咱們能夠寫出插入路由和搜索路由的方法：

// addRoute 綁定路由到handler
func (r *router) addRoute(method, path string, handler HandlerFunc) {
    parts := parsePath(path)
    if _, ok := r.root[method]; !ok {
        r.root[method] = &node{children: make(map[string]*node)}
    }
    root := r.root[method]
    key := method + "-" + path
    // 將parts插入到路由樹
    for _, part := range parts {
        if root.children[part] == nil {
            root.children[part] = &node{
                part:     part,
                children: make(map[string]*node),
                isWild:   part[0] == ':' || part[0] == '*'}
        }
        root = root.children[part]
    }
    root.path = path
    // 綁定路由和handler
    r.route[key] = handler
}

// getRoute 獲取路由樹節點以及路由變量
func (r *router) getRoute(method, path string) (node *node, params map[string]string) {
    params = map[string]string{}
    searchParts := parsePath(path)

    // get method trie
    var ok bool
    if node, ok = r.root[method]; !ok {
        return nil, nil
    }

    // 在該方法的路由樹上查找該路徑
    for i, part := range searchParts {
        var temp string
        // 查找child是否等於part
        for _, child := range node.children {
            if child.part == part || child.isWild {
                // 添加參數
                if child.part[0] == '*' {
                    params[child.part[1:]] = strings.Join(searchParts[i:], "/")
                }
                if child.part[0] == ':' {
                    params[child.part[1:]] = part
                }
                temp = child.part
            }

        }
        // 遇到通配符*，直接返回
        if temp[0] == '*' {
            return node.children[temp], params
        }
        node = node.children[temp]

    }

    return

}

上面的代碼是我本身實現的一個web框架 gaga 中路由前綴樹相關的代碼，有須要的能夠去看看源代碼。另外，歡迎star 呀。

其中的 addRoute 用來將路由插入到對應method的路由樹中，若是節點是通配符，將其設置爲 isWild ，同時綁定路由和handler方法。

getRoute 方法首先查找路由方法對應的路由前綴樹，而後在樹中查找是否存在該路徑。