本文永久链接 – https://tonybai.com/2023/08/30/how-to-build-with-only-archive-in-go

上周末，一个Gopher在微信上与我交流了一个有关Go程序编译的问题。他的述求说起来也不复杂，那就是合作公司提供的API包仅包括golang archive(使用go build -buildmode=archive构建的.a文件)，没有Go包的源码。如何将这个.a链接到项目构建出的最终可执行程序中呢？

对于C、C++、Java程序员来说，仅提供静态链接库或动态链接库(包括头文件)、jar包而不提供源码的API是十分寻常的。但对于Go来说，仅提供Go包的archive(.a)文件，而不提供Go包源码的情况却是极其不常见的。究其原因，简单来说就是go build或go run不支持！

注：《Go语言精进之路vo1》一书的第16条“理解Go语言的包导入”对Go的编译过程和原理做了系统说明。

那么真的就没有方法实现没有source、仅基于.a文件的Go应用构建了吗？也不是。的确有一些hack的方法可以实现这点，本文就来从技术角度来探讨一下这些hack方法，但并不推荐使用！

1. 回顾go build不支持”no source, only .a”

我们首先来回顾一下go build在”no source, only .a”下的表现。为此，我们先建立一个实验环境，其目录和文件布局如下：

// 没有外部依赖的api包: foo

$tree goarchive-nodeps
goarchive-nodeps
├── Makefile
├── foo.a
├── foo.go
└── go.mod

$tree library
library
└── github.com
    └── bigwhite
        └── foo.a

// 依赖foo包的app工程
$tree app-link-foo
app-link-foo
├── Makefile
├── go.mod
└── main.go

这里我们已经将app-link-foo依赖的foo.a构建了出来(通过go build -buildmode=arhive)，并放入了library对应的目录下。

注：可通过ar -x foo.a命令可以查看foo.a的组成。

现在我们使用go build来构建app-link-foo工程：

$cd app-link-foo
$go build
main.go:6:2: no required module provides package github.com/bigwhite/foo; to add it:
    go get github.com/bigwhite/foo

我们看到：go build会分析app-link-foo的依赖，并要求获取其依赖的foo包的代码，但我们无法满足go build这一要求！

有人可能会说：go build支持向go build支持向compiler和linker传递参数，是不是将foo.a的位置告知compiler和linker就可以了呢？我们来试试：

$go build -x -v -gcflags '-I /Users/tonybai/Go/src/github.com/bigwhite/experiments/build-with-archive-only/library' -ldflags '-L /Users/tonybai/Go/src/github.com/bigwhite/experiments/build-with-archive-only/library' -o main main.go
main.go:6:2: no required module provides package github.com/bigwhite/foo; to add it:
    go get github.com/bigwhite/foo
make: *** [build] Error 1

我们看到：即便向go build传入gcflags和ldflags参数，告知了foo.a的搜索路径，go build依然报错，仍然提示需要foo包的源码！也就是说go build还没到调用go tool compile和go tool link那一步就开始报错了！

go build不支持在无源码情况下链接.a，那么我们只能绕过go build了！

2. 绕过go bulid

认真读过《Go语言精进之路vo1》一书的朋友都会知道：go build实质是调用go tool compile和go tool link两个命令来完成go应用的构建过程的，使用go build -x -v可以查看到go build的详细构建过程。

接下来，我们就来扮演一下”go build”，以手动的方式分别调用go tool compile和go tool link，看看是否能达到无需依赖包源码就能成功构建的目标。

我们以foo.a这个自身没有外部依赖的go archive为例，用手动方式构建一下app-link-foo这个工程。

首先确保通过-buildmode=archive构建出的foo.a被正确放入library/github.com/bigwhite下面。

接下来，我们通过go tool compile编译一下app-link-foo：

$cd app-link-foo
$go tool compile -I /Users/tonybai/Go/src/github.com/bigwhite/experiments/build-with-archive-only/library -o main.o main.go

我们看到：手动执行go tool compile在通过-I传入依赖库的.a文件时是可以正常编译出object file(目标文件)的。go tool compile的手册告诉我们-I选项为compile提供了搜索包导入路径的目录：

$go tool compile -h
  ... ...
  -I directory
        add directory to import search path
  ... ...

接下来我们用go tool link将main.o和foo.a链接在一起形成可执行二进制文件main：

$cd app-link-foo
$go tool link -L /Users/tonybai/Go/src/github.com/bigwhite/experiments/build-with-archive-only/library -o main main.o

通过go tool link并在-L传入foo.a的链接路径的情况下，我们成功地将main.o和foo.a链接在了一起，形成了最终的可执行文件main。

go tool link的-L选项为link提供了搜索.a的路径：

$go tool link -h
  ... ...
  -L directory
        add specified directory to library path
  ... ...

执行一下编译链接后的二进制文件main，我们将看到与预期相同的输出结果：

$./main
invoke foo.Add
11

有些童鞋在执行go tool compile时可能会遇到找不到fmt.a或fmt.o的错误！这是因为Go 1.20版本及以后，Go安装包默认将不会在\$GOROOT/pkg/\$GOOS_\$GOARCH下面安装标准库的.a文件集合，这样go tool compile在这个路径下面就找不到app-link-foo所依赖的fmt.a：

➜  /Users/tonybai/.bin/go1.20/pkg git:(master) ✗ $ls
darwin_amd64/    include/    tool/
➜  /Users/tonybai/.bin/go1.20/pkg git:(master) ✗ $cd darwin_amd64
➜  /Users/tonybai/.bin/go1.20/pkg/darwin_amd64 git:(master) ✗ $ls

解决方法也很简单，那就是手动执行下面命令编译和安装一下标准库的.a文件：

$GODEBUG=installgoroot=all  go install std

➜  /Users/tonybai/.bin/go1.20/pkg/darwin_amd64 git:(master) ✗ $ls
archive/    database/    fmt.a        index/        mime/        plugin.a    strconv.a    time/
bufio.a        debug/        go/        internal/    mime.a        reflect/    strings.a    time.a
bytes.a        embed.a        hash/        io/        net/        reflect.a    sync/        unicode/
compress/    encoding/    hash.a        io.a        net.a        regexp/        sync.a        unicode.a
container/    encoding.a    html/        log/        os/        regexp.a    syscall.a    vendor/
context.a    errors.a    html.a        log.a        os.a        runtime/    testing/
crypto/        expvar.a    image/        math/        path/        runtime.a    testing.a
crypto.a    flag.a        image.a        math.a        path.a        sort.a        text/

这样无论是go tool compile，还是go tool link都会找到对应的标准库包了！

在这个例子中，foo.a仅依赖标准库，没有依赖第三方库，这样相对简单一些。通常合作伙伴提供的.a中的包都是依赖第三方的包的，下面我们就来看看如果.a有第三方依赖，上面的编译链接方法是否还能奏效！

3. 要链接的.a文件自身也依赖第三方包

goarchive-with-deps目录下的bar.a就是一个自身也依赖第三方包的go archive文件，它依赖的是uber的zap日志包以及zap包的依赖链，下面是bar的go.mod文件的内容：

// goarchive-with-deps/go.mod

module github.com/bigwhite/bar

go 1.20

require go.uber.org/zap v1.25.0

require go.uber.org/multierr v1.10.0

我们先来安装app-link-foo的思路来编译链接一下app-link-bar：

$cd app-link-bar
$make
go tool compile -I /Users/tonybai/Go/src/github.com/bigwhite/experiments/build-with-archive-only/library -o main.o main.go
go tool link -L /Users/tonybai/Go/src/github.com/bigwhite/experiments/build-with-archive-only/library -o main main.o
/Users/tonybai/.bin/go1.20/pkg/tool/darwin_amd64/link: cannot open file /Users/tonybai/.bin/go1.20/pkg/darwin_amd64/go.uber.org/zap.o: open /Users/tonybai/.bin/go1.20/pkg/darwin_amd64/go.uber.org/zap.o: no such file or directory
make: *** [all] Error 1

上面报的错误符合预期，因为zap.a尚没有放入build-with-archive-only/library下面。接下来我们基于uber zap的源码构建出一个zap.a并放入指定目录。bar.a依赖的uber zap的版本为v1.25.0，于是我们git clone一下uber zap，checkout出v1.25.0并执行构建：

$cd go/src/go.uber.org/zap
$go build -o zap.a -buildmode=archive .
$cp zap.a /Users/tonybai/Go/src/github.com/bigwhite/experiments/build-with-archive-only/library/go.uber.org/

再来编译一下app-link-bar：

$make
go tool compile -I /Users/tonybai/Go/src/github.com/bigwhite/experiments/build-with-archive-only/library -o main.o main.go
go tool link -L /Users/tonybai/Go/src/github.com/bigwhite/experiments/build-with-archive-only/library -o main main.o
/Users/tonybai/.bin/go1.20/pkg/tool/darwin_amd64/link: fingerprint mismatch: go.uber.org/zap has b259b1e07032c6d9, import from github.com/bigwhite/bar expecting 8118f660c835360a
make: *** [all] Error 1

我们看到go tool link报错，提示“fingerprint mismatch”。这个错误的意思是bar.a期望的zap包的指纹与我们提供的在Library目录下的zap包的指纹不一致！

我们重新用go build -v -x来看一下bar.a的构建过程：

$go build -x -v  -o bar.a -buildmode=archive
WORK=/var/folders/cz/sbj5kg2d3m3c6j650z0qfm800000gn/T/go-build3367014838
github.com/bigwhite/bar
mkdir -p $WORK/b001/
cat >/var/folders/cz/sbj5kg2d3m3c6j650z0qfm800000gn/T/go-build3367014838/b001/importcfg << 'EOF' # internal
# import config
packagefile fmt=/Users/tonybai/Library/Caches/go-build/d3/d307b52dabc7d78a8ff219fb472fbc0b0a600038f43cd4c737914f8ccbd2bd70-d
packagefile go.uber.org/zap=/Users/tonybai/Library/Caches/go-build/00/006d48e40c867a336b9ac622478c1e5bf914e6a5986f649a096ebede3d117bba-d
EOF
cd /Users/tonybai/Go/src/github.com/bigwhite/experiments/build-with-archive-only/goarchive-with-deps
/Users/tonybai/.bin/go1.20/pkg/tool/darwin_amd64/compile -o $WORK/b001/_pkg_.a -trimpath "$WORK/b001=>" -p github.com/bigwhite/bar -lang=go1.20 -complete -buildid mIMNOXMPJH00mEpw6WVc/mIMNOXMPJH00mEpw6WVc -goversion go1.20 -c=4 -nolocalimports -importcfg $WORK/b001/importcfg -pack ./bar.go
/Users/tonybai/.bin/go1.20/pkg/tool/darwin_amd64/buildid -w $WORK/b001/_pkg_.a # internal
cp $WORK/b001/_pkg_.a /Users/tonybai/Library/Caches/go-build/60/604b60360d384c49eb9c030a2726f02588f54375748ce1421e334bedfda2af47-d # internal
mv $WORK/b001/_pkg_.a bar.a
rm -r $WORK/b001/

我们看到在编译bar.a的过程中，go tool compile用的是-importcfg来得到的go.uber.org/zap的位置，而从打印的内容来看，go.uber.org/zap指向的是go module cache中的某个文件：packagefile go.uber.org/zap=/Users/tonybai/Library/Caches/go-build/00/006d48e40c867a336b9ac622478c1e5bf914e6a5986f649a096ebede3d117bba-d。

那是不是在build app-link-bar时也使用这个同样的go.uber.org/zap就可以成功通过go tool link的过程呢？我们来试一下：

$cd app-link-bar
$make build-with-importcfg
go tool compile -importcfg import.link -o main.o main.go
go tool link -importcfg import.link -o main main.o

$./main
invoke foo.Add
{"level":"info","ts":1693203940.0701509,"caller":"goarchive-with-deps/bar.go:14","msg":"invoke bar.Add\n"}
11

使用-importcfg的确成功的编译链接了app-link-bar，其执行结果也符合预期！注意：这里我们放弃了之前使用的-I和-L，即便应用-I和-L，在与-importcfg联合使用时，go tool compile和link也会以-importcfg的信息为准！

现在还有一个问题摆在面前，那就是上述命令行中的import.link这个文件的内容是啥，又是如何生成的呢？这里的import.link文件十分“巨大”，有500多行，其内容大致如下：

// app-link-bar/import.link

# import config
packagefile internal/goos=/Users/tonybai/Library/Caches/go-build/fa/facce9766a2b3c19364ee55c509863694b205190c504a3831cde7c208bb09f37-d
packagefile vendor/golang.org/x/crypto/chacha20=/Users/tonybai/Library/Caches/go-build/e0/e042b43b78d3596cc00e544a40a13e8cd6b566eb8f59c2d47aeb0bbcbd52aa56-d
... ...

packagefile github.com/bigwhite/bar=/Users/tonybai/Go/src/github.com/bigwhite/experiments/build-with-archive-only/library/github.com/bigwhite/bar.a
packagefile go.uber.org/zap=/Users/tonybai/Library/Caches/go-build/00/006d48e40c867a336b9ac622478c1e5bf914e6a5986f649a096ebede3d117bba-d
packagefile go.uber.org/zap/zapcore=/Users/tonybai/Library/Caches/go-build/e0/e0d81701b5d15628ce5bf174e5c1b7482c13ac3a3c868e9b054da8b1596eaace-d
packagefile go.uber.org/zap/internal/pool=/Users/tonybai/Library/Caches/go-build/bf/bfa96ebb89429b870e2c50c990c1945384e50d10ba354a3dab2b995a813c56a3-d
packagefile go.uber.org/zap/internal=/Users/tonybai/Library/Caches/go-build/33/33cb66c30939b8be915ddc1e237a04688f52c492d3ae58bfbc6196fff8b6b2b5-d
packagefile go.uber.org/zap/internal/bufferpool=/Users/tonybai/Library/Caches/go-build/68/68e58338a5acd96ee1733de78547720f26f4e13d8333defbc00099ac8560c8e8-d
packagefile go.uber.org/zap/buffer=/Users/tonybai/Library/Caches/go-build/7b/7bf00a1d4a69ddb1712366f45451890f3205b58ba49627ed4254acd9b0938ef8-d
packagefile go.uber.org/multierr=/Users/tonybai/Library/Caches/go-build/e7/e7cc278d56fc8262d9cf9de840a04aa675c75f8ac148e955c1ae9950c58c8034-d
packagefile go.uber.org/zap/internal/exit=/Users/tonybai/Library/Caches/go-build/18/187b2b490c810f37c3700132fba12b805e74bd3c59303972bcf74894a63de604-d
packagefile go.uber.org/zap/internal/color=/Users/tonybai/Library/Caches/go-build/e4/e419c93bea7ff2782b2047cf9e7ad37b07cf4a5a5b7f361bf968730e107a495b-d

这里包含了编译链接app-link-bar是依赖的标准库包、bar.a以及bar包依赖的所有第三方包的实际包.a文件的位置，显然这里用的大多数都是go module cache中的包缓存。

那么这个import.link如何得到呢？Go在golang.org/x/tools包中有一个importcfg.go文件，基于该文件中的Importcfg函数可以获取标准库相关所有包的package link信息。我将该文件放在了build-with-archive-only/importcfg下了，大家可以自行取用。

importcfg生成了大部分package link，但仍会有一些bar.a依赖的第三方的包的link没有着落，go tool link在链接时会报错，根据报错信息中提供的包导入路径信息，比如：找不到go.uber.org/zap/internal/exit、go.uber.org/zap/internal/color，我们可以利用下面go list命令找到这些包的在本地go module cache中的link位置：

$go list -export -e -f "{{.ImportPath}} {{.Export}}" go.uber.org/zap/internal/exit go.uber.org/zap/internal/color
go.uber.org/zap/internal/exit /Users/tonybai/Library/Caches/go-build/18/187b2b490c810f37c3700132fba12b805e74bd3c59303972bcf74894a63de604-d
go.uber.org/zap/internal/color /Users/tonybai/Library/Caches/go-build/e4/e419c93bea7ff2782b2047cf9e7ad37b07cf4a5a5b7f361bf968730e107a495b-d

然后可以手工将这些信息copy到import.link中。import.link文件就是在这样自动化+手工的过程中生成的（当然你完全可以自己编写一个工具，获取app-link-bar所需的所有package的link信息）。

4. 小结

到这里，我们通过hack的方法实现了在没有源码只有.a文件情况下的可执行程序的编译。

不过上述仅仅是纯技术上的探索，并非标准答案，也更非理想的答案。经过上述探索后，更巩固了我的观点：不要仅使用.a来构建go应用。

但非要这么做，如果你是.a的提供方，考虑fingerprint mismatch的情况，你估计要考虑在提供.a的同时，还要提供import.link、你构建.a时所有用到的go module cache的副本，并提供安装这些副本到目标主机上的脚本。这样你的.a用户才可能使用相同的依赖版本完成对.a文件的链接过程。

本文试验的代码都是在Go 1.20版本下编译链接的。如果编译.a的Go版本与编译链接可执行文件的Go版本不同，是否会失败呢？这个问题就当做作业留个大家去探索了！

本文涉及的代码可以从这里下载。

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本文永久链接 – https://tonybai.com/2023/06/18/go-package-design-guide

1. Go包的认知

1.1 Go包是基本功能单元

我们知道Go包是Go编程语言中的一个重要概念，它是一组相关的Go源代码文件。并且，在Go中，每个Go源文件都必须属于一个包。

Go包是一个逻辑上独立的单元，是Go的基本功能单元，用来做功能边界的划分。这些基本功能单元的累加就构成了Go应用，因此Go应用的本质就是一组Go包的集合。

Go包这种功能独立的单元为Go开发者提供了“封装”和复用的便利。在Go中，Go包也是代码复用的基本单元，被用来管理和组织代码，Go项目的结构布局本质上就是安排Go包的位置，使得代码更易于维护和重用。

1.2 Go包是基本编译单元

Go包还是编译时的最小单位。也就是说，Go编译器编译代码时会以包为单位进行编译，而不是以文件为单位。这意味着一个包中的所有源文件都将被编译成一个单独的目标文件，而不是多个目标文件。

使用包而不是文件作为编译单元，有助于提高编译效率和管理依赖关系。

注：编译速度快是包这种设计“先进性”的一个表现，即便每次编译都是从零开始。Go编译速度快的几个原因与以包作为编译单元是密不可分的，具体体现在Go源文件在开头处显式地列出所有依赖包，编译器不必读取整个文件就可确定依赖包列表；Go包之间不能存在循环依赖，由于无环，包可以被单独编译，也可以并行编译；已编译的Go包的目标文件中记录了其所依赖包的导出符号信息。Go编译器在读取该目标文件时不需进一步读取其依赖包的目标文件。

1.3 Go包是基本设计单元

这个世界越来越复杂，软件系统同样变得日益复杂。无论你是什么编程语言的开发者，我们要面对的都是如何驯服这种复杂性。到目前为止，我们驯服这种复杂性的思路还很初级，无非是对复杂性进行分解、分解、分解，并按照我们更容易理解的方式重新组合。

Go包是基本功能单元，对于Go开发者，我们要将复杂性分解为一个个包，然后以一种合理的方式将包组合在一起以实现我们要的系统，因此Go包也是我们面对一个系统时的基本设计单元。我们不仅要设计每个包肩负的职责，还要设计包与包之间的关系。

因此，Go系统设计就是面向包进行设计。

接下来，我们就来看看Go包的设计思路。

2. Go包设计思路

即便你没写过Go程序，作为程序员你也应该知道“高内聚，低耦合”这个原则在软件系统设计中的分量。这里我们就以这个原则作为“抓手”来展开看看Go包的设计思路。

高内聚, 低耦合这个顶层原则，适用于所有编程语言的系统设计。但落到Go包设计上面，具体如何体现高内聚与低耦合呢？我们继续往下看。

2.1 功能选桶：自然内聚

面对一个复杂系统，我们通常会做一些系统分析，比如用领域驱动设计的方式从需求中挖掘出一堆术语、事件、命令等(即便你不懂领域设计的纯正方法，你的实际操作过程也或多或少与领域设计的内容重叠)。之后，通常会分层、划分服务，每个服务又要划分模块或包。

在服务这一层次上哪些功能放到哪个包里呢？这个过程我称之为“功能选桶”。

这让我想到了和孩子一起学习动物分类时的书中题目：

有这样一组动物：老虎、狮子、海马、大雁、熊猫、黄鹂、鲸鱼，这些动物能分为哪几个类别呢?

一个稍稍被启蒙了的孩子都会给出这样的分类：

陆地动物：老虎、狮子、熊猫
海洋动物：海马、鲸鱼
天空动物：大雁、黄鹂

而另外一个稍有一些生物学入门知识的大点的孩子可能也会给出下面的分类：

哺乳动物：老虎、狮子、熊猫、鲸鱼
卵生动物：海马、大雁、黄鹂

无论哪种，这些分类都是基于动物行为特征的自然结合。第一种似乎更直观自然，第二种则需要有更“专业”的知识（领域知识）。Go包的“功能选桶”其实是一个道理，相关功能自然结合到一个包中，保证这个包的内聚性。

比如下面有几个功能函数：Add、Subtract、Multiply、Divide、Sum、Average、Histogram，我们如何为这几个函数选桶呢？

一种不那么内聚的作法是将上述所有函数都放入math包；而更自然内聚一些的作法则是将Add、Subtract、Multiply、Divide放入math包，而将Sum、Average、Histogram等放入stats包(statistics，统计学)。

在功能选桶过程中，越符合常人思维，就越自然，可读性和可理解性大概率就越好。

2.2 包间关系：最小耦合

功能选桶之后，我们再来看包与包之间的关系，通常我们这种关系称为耦合。

用白话来理解耦合就是：当a变化时，b受到影响并随之变化，则说b与a之间存在耦合，即b依赖a。a是引发b变化的一个原因。

程序员都知道：一种理想的耦合情况是正交，即你变你自变，我岿然不动。但现实中这很难达到，我们应该追求的是尽可能地降低包与包间的耦合。

在包依赖层面，Go强制要求不能存在循环依赖，即Go包之间的耦合一定是有向无环的，这一定层度上也能帮助Go包之间降低耦合。

要降低包与包之间的耦合，我们首先要了解Go包间的最低耦合关系是什么呢？

在代码层面最低的耦合是接口耦合，在Go中，接口的实现是隐式的，即a包实现b包中定义的接口时是不需要显式导入b包的，我们可以在c包中完成对a包与b包的组装，这样c包依赖a包和b包，但a包与b包之间没有任何耦合。

那么负责组装a包与b包的c包能否在代码层面消除掉对a和b的依赖呢？这个就很难了。不过我们可以使用依赖注入技术来消除在代码层面手动基于依赖进行初始化或创建时的复杂性，不过依赖注入技术也是有“门槛”的，它会让你的代码不那么straightforward，代码的可读性和可理解性会下降。

注：个人觉得：依赖注入在Go中并非是一种惯用法。Google开源了像wire这样的依赖注入框架(通过代码生成而实现的编译期依赖注入)，更多是为了解决掉内部大型Go项目初始化时各种创建动作的复杂性。

我们可以参考软件界用于降低代码耦合的原则，比如由Robert C. Martin（通常被称为“Uncle Bob”）在《敏捷软件开发》一书中提出的旨在帮助开发人员设计更加灵活、可扩展和可维护的软件系统的SOLID敏捷设计原则，这些原则如何应用在Go上呢，或者在Go中如何体现呢，我们接下来就来看一下。

注：“敏捷设计是一个过程，而不是一次事件。它是一个持续应用原则、模式以及实践来改进软件结构和可读性的过程。它致力于保持系统的设计在任何时间都尽可能的简单、整洁和富有表现力。” – 《敏捷软件开发》

2.3 应用SOLID设计原则

2.3.1 单一职责原则（SRP）

对于一个类而言，应该仅有一个原因会引起它的变化。在SRP的语境中，我们把职责定义为“变化的原因”(a reason for change)。如果你有超过一个的动机去改变一个类，那么这个类就具有多种职责。- 《敏捷软件开发》

就像Uncle Bob在书中说的那样：“如果你有超过一个的动机去改变一个类，那么这个类就具有多种职责。有时，我们很难注意到这一点。我们习惯于以组(group)的形式去考虑职责”。

在Go包这一层次上，SRP更多体现在功能内聚上，就像前面举的math包和stats包的例子。

再比如我们有一个图形库，它可以绘制不同类型的图形，如矩形、圆形、三角形等。我们可能会定义一个graph包，里面定义了Graphics类型，它具有Draw方法，用于绘制图形。在不遵循SRP的情况下，graph包Graphics类型可能会包含绘制各种类型图形的代码，这会导致类不仅包含多个职责，而且功能不够内聚。

在遵循SRP的情况下，我们可以在graph包中定义Graphics接口，该接口具有Draw方法，然后在rectangle、circle、triangle包中分别定义Graphics接口的实现：Rectangle类型、Circle类型与Triangle类型：

graph/
    - graph.go // 定义Graphics接口
    - rectangle/
        - rectangle.go // 定义Rectangle类型和其Draw方法
    - circle/
        - circle.go // 定义Circle类型和其Draw方法
    - triangle/
        - triangle.go // 定义Triangle类型和其Draw方法

这样，每个包都只负责一个图形类型，职责更加单一，也更容易维护和扩展。

2.3.2 开放-关闭原则(OCP)

软件实体（类、模块、方法等）应该对扩展开放，但是对修改关闭。- 《敏捷软件开发》

还以上面的graph等包为例，OCP原则可以体现在两方面：

• 扩展Graphics接口的实现

我们无法修改graph.go中的Graphics接口，但如果你要添加一个square包，定义Square类型并实现Draw方法，那么我们可以在graph包下面添加一个square包，这个包和circle等包位于同等位置，都实现了graph包的Draw方法。

• 基于Graphics接口的组合

我们无法修改graph.go中的Graphics接口，但是我们可以基于graph.Graphics接口去组合出其他具有更多职责的接口或非接口类型，就像io包中的Reader、Writer接口被组合到ReaderCloser、ReadWriteCloser中一样。

OCP原则的关键是抽象，在Go中建立包与包之间关系抽象的最佳方法就是建立接口类型。前面说过，通过接口的耦合是最低的包间耦合，因此采用OCP原则对于降低包间耦合具有重要意义。

不过，Bob大叔在书中也说了：“遵循OCP的代价也是昂贵的。创建恰当的抽象是要花费时间和精力的。那些抽象也增加了软件设计的复杂性，开发人员有能力处理的抽象数量是有限的”。OCP原则的应用应该被限定在最可能发生的变化上。

2.3.3 里氏替换原则(LSP)

对于里氏替换原则(LSP)，可以如此解释：子类型(subtype)必须能够替换掉它们的基类(base type)。- 《敏捷软件开发》

Bob大叔在讲解LSP原则时使用的语言是C++和Java，对于这两种静态类型的OO语言来说，支持抽象和多态的关键机制之一是继承(inheritance)。也只有在继承的概念之上，采用基类和子类之分。

不过Go并非传统意义上的OO语言，它没有继承，没有类型层次体系。即便没有这些，Go也不乏抽象表达能力，最直接的就是接口这个行为的集合。

这样里氏替换原则(LSP)在Go中就可以如此解释：接口I的所有实现都是可以相互替代的，因为它们履行了同样的契约。

2.3.4 接口隔离原则(ISP)

客户端程序不应该被迫依赖于它们不需要的方法。- 《敏捷软件开发》

这个在体现Go包与包关系层面不是那么明显，方法已经告诉你这种耦合是接口耦合，但究竟用的是什么样的接口呢？“胖接口”，不是！我们需要刚刚好，不多不少的接口。

来看一个例子：我们有如下一些接口定义：

type Printer interface {
    Print()
}

type Scanner interface {
    Scan()
}

type PrintSleeper interface {
    Printer
    Sleep()
}

type PrintScanSleeper interface {
    Printer
    Scanner
    Sleep()
}

现在我们要实现一个打印机打印的API，我们最初的设计是：

func Print(p PrintScanSleeper, data []byte) error {
}

在这个设计中，Print函数依赖的是PrintScanSleeper，这意味着传入的合法参数的类型必须要实现Print、Scan和Sleep三个方法，但我们的函数只是为了实现打印，它不需要调用Scanner的Scan方法，根据ISP原则，我们不应该强迫Print函数依赖它们本不需要的方法，于是第二版设计如下：

func Print(p Printer, data []byte) error {
}

这似乎无懈可击。但常识告诉我们，每次打印结束后，都需要让打印机休眠，那么显然仅依赖Printer接口又缺少了点东西，那么最终版的设计如下：

func Print(p PrintSleeper, data []byte) error {
}

对ISP原则的白话阐述就是：“不多不少，刚刚好”！

2.3.5 依赖倒置原则(DIP)

高层次的模块不应该依赖低层次的模块。两者都应该依赖抽象。抽象不应该依赖于细节，细节应该依赖于抽象。- 《敏捷软件开发》

如果你的代码符合上面的几条原则的话，那么到这里，你的代码很大可能也是符合DIP原则的。

一提到“依赖抽象”，大家肯定想到的还是接口。在Go中，接口是抽象的主要代名词。

在包与包的关系层面上，DIP原则表现为：高层次包依赖接口，低层次的包实现接口，如下图：

因此，在同等条件下，采用DIP原则设计良好的Go程序的包导入图应该是宽而平的，而不是高而窄的：

3. 单包设计

说完了包的内聚与包间关系的耦合后，我们最后将精力聚焦在单包的设计上面，看看一个Go包在设计方面有哪些值得借鉴的tips。

3.1 包名

我们在引用某个包的导出标识符时使用的是：

pkgname.XXX

由此可见包名的重要性，它可以理解为一个包的API的重要组成部分，因此包设计的第一步就是要为包起个好名字。

给Go包起名字首先要注意简单达意，比如标准库的fmt、io、os等，并且包名按惯例应该与其目录名一致；

其次，同一工程内部包名最好是唯一的，避免工程内部出现名字碰撞；

最后，如果为了简洁而失去了包名的内聚性的内涵(功能和作用)，比如utils、common这些名字基本无法表达包究竟担负的职责，那么莫不如将包名加长一些，点缀上能达意的单词，比如printutil而不仅仅是util。

3.2 最小暴露表面积

在单包设计时，要考虑最小暴露表面积，指定是应该尽可能减少包暴露给外部的接口和实现，只暴露必要的最小接口，以提高代码的安全性和可维护性。同时，从用户角度来看，只暴露必要信息的包看起来更易用。

具体来说，可以分为如下几点：

• 使用接口建立抽象

在设计包时，应该使用接口来建立抽象，而不是直接暴露实现。这样可以将实现细节隐藏起来，只暴露接口，从而提高代码的安全性和稳定性。

• 最小化暴露的接口

即便是暴露接口，在设计包时，也应该尽量减少暴露给外部的接口数量。只有必要的接口应该暴露出来，从而提高代码的安全性和稳定性。

• 使用非导出方法和变量封装实现细节

在设计包时，应该使用非导出方法和变量来封装包内部的实现细节，只暴露公共接口。这样可以将实现细节隐藏起来，避免外部代码直接依赖包内部的实现，从而提高代码的可维护性和灵活性。

• 最小化暴露的实现

在设计包时，应该尽量减少暴露给外部的实现数量。只有必要的实现应该暴露出来，而不是将所有实现都暴露出去。这样可以避免外部代码直接依赖包内部的实现，从而提高代码的可维护性和灵活性。

3.3 避免包级变量带来的包级状态

Go没有显式的全局变量，但包的导出变量本质上就是全局变量。在《聊聊Go语言的全局变量》一文中我们详细说明了全局变量的不足，因此应避免这类充当全局变量的包级变量的暴露。

3.4 main包应尽可能简洁

在Go中，main包是特殊的包，用于定义程序的入口函数main。在Go中，main函数应该尽可能简洁，它应该只负责装配其他包，调用其他函数或模块，不应该包含过多的代码逻辑。这样可以提高代码的可读性和可维护性。如果要对main函数进行单测的话，那么可以将main函数的逻辑放置到另外一个函数中，比如run，然后对run函数进行详尽的测试。

3.5 接口类型定义应放在与使用者更近的地方

Go接口是隐式实现的，意味着其实现者不需要显式告知实现了该接口，实现者所在包也无需导入接口定义所在的包。

这样一来，将接口类型定义放在与使用者更近的地方，可以使代码更加清晰和易于理解。使用者可以直接看到接口类型定义，了解接口类型的作用和使用方法。但注意：这并非是绝对的规则。

有些接口的实现者喜欢在自己的包中放置var i some_interface = (*T)(nil) ，以利用编译器的静态检查断言自己定义的类型*T实现了接口some_interface，这样一来实际上是显式宣告了在实现者和接口包之间关系，属于“增加耦合”的步骤。

如果接口类型在同一个包里提供了默认实现，那么这么做无可厚非，比如io包。

4. 小结

下面对本文内容做个小结：

• Go包是Go程序设计的基本单元，分解复杂性的基本单位。
• Go包应被设计为高内聚，关注同一职责，并尽量与其他包低耦合。
• 在设计Go包时，可以按照功能选桶，根据自然内聚思维来划分包，并遵循最小耦合原则减少包间依赖。
• 可以运用SOLID设计原则优化Go包间的关系:
  • SRP：每个包都有单一的职责，具有高内聚。
  • OCP：包对扩展开放，对修改关闭。
  • LSP：接口的实现是互相替换的。
  • ISP：接口将只暴露必要方法。
  • DIP：高层包和低层包都依赖抽象，细节应依赖抽象。
• 在单包设计时应考虑最小暴露表面积，只暴露必要的接口和实现。
• 避免用包级变量带来的全局状态。main包应简洁。
• 接口类型定义最好放在使用者更近的地方。

希望能为大家提供参考！如果有不正确或遗漏的地方，欢迎指出，共同进步。

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