一个有趣的nginx HTTP 400响应问题分析
背景
之前在 中写过客户端query参数未urlencode导致的400问题，当时的结论是：
对于query参数带空格的请求，由于其不符合HTTP规范，golang的net/http库无法识别会直接报错400，而nginx和使用uwsgi与nginx交互的api主服务却可以兼容，可以正常处理。
最终的临时解决方案是：在nginx层根据query 参数是否包含空格决定是转发到golang的log server或api主服务。
本来以为这事就这么结束了，结果最近查询nginx的错误log，居然又发现少部分400错误，最终定位也是因为query 参数包含空格，而且这次报错是直接在nginx层返回400，后面的转发判定逻辑都不会被触发，于是很神奇的发现了两类空格导致的400问题：
- 第一类是之前解决了的nginx可以兼容识别，但golang 网络库无法识别会报400的含空格请求，举例入下:
curl 'http://test.myexample123.com/test?appname=demoapp&phonetype=android&device_type=android&osn=Android OS 10 / API-29 (HONORHLK-AL00/102.0.0.270C00)&osv=Android OS 10 / API-29 (HONORHLK-AL00/102.0.0.270C00)&channel=Google Play&model=HUAWEIHLK-AL00&build=Android OS 10 / API-29 (HONORHLK-AL00/102.0.0.270C00)'
{"status": 1, "data": {"test": "ok"}}
- 第二类是这次新发现的nginx层直接返回400的含空格请求，并且还发发现该类报错很多都是来源于华为手机，如下可看出其400响应为nginx直接返回：
curl 'http://test.myexample123.com/test?appname=demoapp&phonetype=android&device_type=android&osn=Android OS 10 / API-29 (HONORHLK-AL00/102.0.0.270C00)&osv=Android OS 10 / API-29 (HONORHLK-AL00/102.0.0.270C00)&channel=Google Play&model=HUAWEI HLK-AL00&build=Android OS 10 / API-29 (HONORHLK-AL00/102.0.0.270C00)'
400 Bad Request
400 Bad Request
nginx/1.16.1
乍看之下其请求参数完全没看出区别，无论哪类问题只要去掉了空格就不会有问题了，难不成nginx对华为手机还有歧视不成(>_<)。
问题定位
两类问题都是由于query参数带空格引起的，最终通过二分法试错确认了其关键区别：如果query参数中包含" H"--即空格+H的组合，nginx层即会直接报错返回400，而如果不包含" H"这一组合，nginx层将能兼容处理--这解释了为何大部分400请求来自华为手机，因为华为手机model参数很多都是"HUAWEI HRY-AL00"这类取值，即包含了" H"这一子串，看起来" H"这个组合在nginx内部有特殊含义，华为手机给撞枪口上了。
那" H"在nginx中到底有什么特殊含义呢？又到了探究源码的时候了，通过拜读源码最终在ngx_http_parse.c 中负责解析http 请求行的ngx_http_parse_request_line 函数中找到了原因，如下
103 ngx_int_t
104 ngx_http_parse_request_line(ngx_http_request_t *r, ngx_buf_t *b)
105 {
106 u_char c, ch, *p, *m;
107 enum {
108 sw_start = 0,
109 sw_method,
110 sw_spaces_before_uri,
111 sw_schema,
112 sw_schema_slash,
113 sw_schema_slash_slash,
114 sw_host_start,
115 sw_host,
116 sw_host_end,
117 sw_host_ip_literal,
118 sw_port,
119 sw_host_http_09,
120 sw_after_slash_in_uri,
121 sw_check_uri,
122 sw_check_uri_http_09,
123 sw_uri,
124 sw_http_09,
125 sw_http_H,
126 sw_http_HT,
127 sw_http_HTT,
128 sw_http_HTTP,
129 sw_first_major_digit,
130 sw_major_digit,
131 sw_first_minor_digit,
132 sw_minor_digit,
133 sw_spaces_after_digit,
134 sw_almost_done
135 } state;
136
137 state = r->state;
138
139 for (p = b->pos; p < b->last; p++) {
140 ch = *p;
141
142 switch (state) {
143
144 /* HTTP methods: GET, HEAD, POST */
145 case sw_start:
146 r->request_start = p;
147
148 if (ch == CR || ch == LF) {
149 break;
150 }
...
486 /* check "/.", "//", "%", and "\" (Win32) in URI */
487 case sw_after_slash_in_uri:
488
489 if (usual[ch >> 5] & (1U << (ch & 0x1f))) {
490 state = sw_check_uri;
491 break;
492 }
493
494 switch (ch) {
495 case ' ':
496 r->uri_end = p;
497 state = sw_check_uri_http_09;
498 break;
499 case CR:
500 r->uri_end = p;
501 r->http_minor = 9;
502 state = sw_almost_done;
503 break;
...
606 /* space+ after URI */
607 case sw_check_uri_http_09:
608 switch (ch) {
...
618 case 'H':
619 r->http_protocol.data = p;
620 state = sw_http_H;
621 break;
622 default:
623 r->space_in_uri = 1;
624 state = sw_check_uri;
625 p--;
626 break;
627 }
628 break;
...
684 case sw_http_H:
685 switch (ch) {
686 case 'T':
687 state = sw_http_HT;
688 break;
689 default:
690 return NGX_HTTP_PARSE_INVALID_REQUEST;
691 }
692 break;
693
694 case sw_http_HT:
695 switch (ch) {
696 case 'T':
697 state = sw_http_HTT;
698 break;
699 default:
700 return NGX_HTTP_PARSE_INVALID_REQUEST;
701 }
702 break;
703
704 case sw_http_HTT:
705 switch (ch) {
706 case 'P':
707 state = sw_http_HTTP;
708 break;
709 default:
710 return NGX_HTTP_PARSE_INVALID_REQUEST;
711 }
712 break;
...
如上ngx_http_parse_request_line函数解析请求行原理为通过for循环逐个遍历字符，内部使用大量switch语句实现了一个状态机进行解析。
当解析到sw_after_slash_in_uri分支的case ' '(495行)时，会设置状态state=sw_check_uri_http_09，而后在sw_check_uri_http_09分支的case 'H'(618行)设置state=sw_http_H，而sw_http_H其实是HTTP protocol的解析分支，其负责解析出类似HTTP/1.1 这样的内容，所以在分支sw_http_H(684行)其期待的正确字符应该是HTTP/1.1的 第二个字符T，而后进入case sw_http_HT期待解析HTTP/1.1的第三个字符T，以此类推最终逐个解析完成整个protocol字符串，但是在sw_http_H分支中若没有解析到期望的字符T，其默认行为就是直接返回NGX_HTTP_PARSE_INVALID_REQUEST，也就是400常量了。
简单来说，nginx在解析请求行时，若在query参数中遇到了" H"的组合会导致状态机认为已经进入protocol字段的解析分支，当碰到不识别的字符串则认为格式错误，会直接返回400，而如果query参数中虽然包含未转义空格但却没有" H"组合，nginx的这个请求行解析状态机倒还能够一定程度兼容此类错误，将请求正常转发给upstream server处理。
当然，无论nginx能不能兼容query参数未转义空格，最正确的做法还是客户端应该一开始就保证所有query参数都经过必要urlencode再进行使用，这样压根就不会有这么一堆幺蛾子。
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