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Go 1.18中值得关注的几个变化

本文永久链接 – https://tonybai.com/2022/04/20/some-changes-in-go-1-18

从3月23日开始,我居家办公了20+天。这期间我本来是应该有时间写下这篇综述类文章的,但是封了两天后,抢菜、带娃的事情就开始困扰着我。我实在没有下笔写下这篇文章的心思。4月13日终于解封了,上班后的气象就是不一样,人也精神了很多,于是这篇文章也被提上了日程。希望新冠疫情早日结束吧,希望每个人都能在晴朗的户外享受那春日的暖意。

2022年3月15日,Go团队在官方博客上官宣了Go 1.18正式版的发布。Go 1.18这个网红版本终于落地了。泛型的加入让Go 1.18成为继Go 1.0(首个正式版)Go 1.5(实现自举、去C代码、新版GC)Go 1.11(引入Go module)版本之后的又一里程碑版本

泛型是Go语言开源以来最大的语法特性变化,其改动和影响都很大,Go核心团队尽管很努力了,但Go 1.18正式版本的发布时间还是延迟了一个月。不过好消息是加入泛型语法的Go 1.18继续保持了Go1兼容性,这本身就是Go团队的胜利,同样也是Go社区的幸运。

相较于之前的版本,Go 1.18版本改动很大,bug略多。好在发布一个月后,各种喧嚣都归于安静。笔者写稿时,Go 1.18.1已经发布,修正了许多问题,当然也包括一些与Go泛型有关的问题。

下面我们就来看看Go 1.18版本中值得关注的变化,我这里使用的版本为Go 1.18.1。

我们就先从泛型说起。


一. Go语法变化

1. 泛型:史上最复杂Go语法特性

以往Go发布大版本,Go语法变化一栏的内容总是寥寥无几,甚至是因没有变化而一笔带过。

更有甚者,从Go1.0到Go 1.17的语法变化屈指可数:

  • Go 1.1版本:增加“method value”语法
  • Go 1.2版本:增加Full slice expression:a[low: high: max];
  • Go 1.4版本:新增for range x {…}形式的for-range语法;
  • Go 1.5版本:支持省略map类型字面量(literal)中的key的类型;
  • Go 1.9版本:新增了type alias语法
  • Go 1.13版本:增加以0b或0B开头的二进制数字字面量、以“0o”或“0O”开头的八进制数字字面量、以0x或0X开头是的十六进制形式的浮点数字面量以及支持在数字字面量中通过数字分隔符“_”提高可读性;
  • Go 1.17版本:支持从切片到数组指针的转换。

我们看到,十年来,Go在纯语法层面的变化只有上面这么几个。而Go 1.18引入的泛型的复杂性足以超过上述版本的语法变化之和。面对新增加的泛型特性,即便是有着多年Go编程经验的Gopher,也会有一种“二次学艺”的感觉。这是因为Go泛型是Go诞生以来最复杂、最难读和理解的语法特性,当然泛型的复杂性不仅仅对Go语言生效,对其他具有泛型语法特性的编程语言来说,泛型也都是最复杂的语法。有志者可以去挑战一下C++的泛型:template。还有那本尤为烧脑的Andrei Alexandrescu 的《C++设计新思维: 泛型编程与设计模式之应用》,英文书名是《Modern C++ Design: Generic Programming and Design Patterns Applied》

同样也是因为泛型的复杂性,Go团队在Go 1.18的发布说明文档中保留了在将来的版本中因修复Go泛型bug而对Go 1.18版本编译的程序带来破坏的权力。当然Go团队也承诺将尽可能地减少任何此类破坏,但不能保证此类破坏为零。

另外,Go 1.18的泛型实现并非完全版,有很多使用上的约束。这些约束很大可能将在后续的Go版本中逐步取消掉。并且Go 1.18中的实现与Type Parameter Proposal的design文档有一定差异,Go官方建议以Go语言的规范为准。

2. 泛型的主要语法点

前面也说了,Go泛型是Go开源以来在语法层面最大的一次变动,Go泛型的最后一版技术提案长达数十页,我们要是把其中的细节都展开细讲,那都可以自成一本小册子了。在这篇综述类文章中,我仅对Go泛型的主要语法点做简要说明。在日后文章中,我们再深入到泛型的语法细节,做逐一细致剖析。

关于Go泛型的主要语法点,其实在Go官博的“Go泛型介绍”中都有提及:

泛型在Go语言中增加了三个新的重要内容:

  • 函数和类型新增对类型形参(type parameters)的支持。
  • 将接口类型定义为类型集合,包括没有方法的接口类型。
  • 支持类型推导,大多数情况下,调用泛型函数时可省略类型实参(type arguments)。

下面我们分别来看看。

类型形参(type parameter)

类型形参是在函数声明、方法声明的receiver部分或类型定义的类型参数列表中,声明的(非限定)类型名称。类型参数在声明中充当了一个未知类型的占位符(placeholder),在泛型函数或泛型类型实例化时,类型形参会被一个类型实参(type argument)替换。

为了让你更好地理解类型参数究竟如何声明,它又起到了什么作用,我们以函数为例,对普通函数的参数与泛型函数的类型参数作一下对比:

我们知道,普通函数的参数列表是这样的:

func Foo(x, y aType, z anotherType)

这里,x, y, z是形参(parameter)的名字,也就是变量,而aType,anotherType是形参的类型,也就是类型。

我们再来看一下泛型函数的类型参数(type parameter)列表:

func GenericFoo[P aConstraint, Q anotherConstraint](x,y P, z Q)

这里,P,Q是类型形参的名字,也就是类型,aConstraint,anotherConstraint代表类型参数的约束(constraint),我们可以理解为对类型参数可选值的一种限定。

在类型参数列表中修饰类型参数的就是约束(constraint)。那什么是约束呢?我们继续往下看。

约束(constraint)

约束(constraint)规定了一个类型实参(type argument)必须满足的条件要求。如果某个类型满足了某个约束规定的所有条件要求,那么它就是这个约束修饰的类型形参的一个合法的类型实参。

在Go泛型中,我们使用interface类型来定义约束。为此,Go接口类型的定义也进行了扩展,我们既可以声明接口的方法集合,也可以声明可用作类型实参的类型列表。

下面是一个约束定义与使用的示例:

type C1 interface {
    ~int | ~int32
    M1()
}

type T struct{}
func (T) M1() {
}

type T1 int
func (T1) M1() {
}

func foo[P C1](t P)() {
}

func main() {
    var t1 T1
    foo(t1)
    var t T
    foo(t) // 编译器报错:T does not implement C1
}

在这段代码中,C1是我们定义的约束,它声明了一个方法M1,以及两个可用作类型实参的类型(~int | ~int32)。我们看到,类型列表中的多个类型实参类型用“|”分隔。

在这段代码中,我们还定义了两个自定义类型T和T1,两个类型都实现了M1方法,但T类型的底层类型为struct{},而T1类型的底层类型为int,这样就导致了虽然T类型满足了约束C1的方法集合,但类型T因为底层类型并不是int或int32而不满足约束C1,这也就会导致foo(t)调用在编译阶段报错。不过,我这里还要建议你:做约束的接口类型与做传统接口的接口类型最好要分开定义,除非约束类型真的既需要方法集合,也需要类型列表。

为了让大家更好理解这种对接口类型的扩展,Go引入了类型集合(type set)来解释这一切。“Go泛型介绍”中有对type set的图解,这里就不赘述了,大家可以点击链接移步阅读。

类型具化(instantiation)与类型推导(type inference)

像上面例子中main函数对foo(t1)的调用就利用到了类型具化和类型推导两个特性。

foo是一个泛型函数,它的函数声明中带有一个由C1约束的类型形参P,而用类型实参T1初始化P的过程就是类型具化。不过大家也注意到了,我们没有使用:foo[T1](t1),而是省略了显式对P进行初始化,直接使用了foo(t1),这就是Go类型推导带来的便利。Go编译器会根据传入的实参的类型,进行类型实参(type argument)的自动推导。自动类型推导使得人们在编写调用泛型函数的代码时可以使用一种更为自然的风格。

泛型类型(generic type)

除了函数可以携带类型参数变身为“泛型函数”外,类型也可以拥有类型形参而化身为“泛型类型”,比如下面代码就定义了一个向量泛型类型:

type Vector[T any] []T

这是一个带有类型参数的类型定义,类型参数位于类型名的后面,同样用方括号括起。在类型定义体中可以引用类型参数列表中的参数名(比如T)。类型参数同样拥有自己的约束,如上面代码中的any。

在Go 1.18中,any是interface{}的别名,也是一个预定义标识符,使用any作为类型参数的约束,代表没有任何约束。关于如何使用any以及使用any的注意事项,请移步到我之前的文章《切换到Go 1.18后的第一件事:将interface{}全部替换为any》

下面是另一个泛型类型的定义:

type Tree[T interface{}] struct {
    left, right *Tree[T]
    value       T
}

func (t *Tree[T]) Lookup(x T) *Tree[T] { ... }

var stringTree Tree[string]

在上面这个例子中,泛型类型Tree存储了类型参数T的值。泛型类型也可以有方法,比如本例中的Lookup。为了使用一个泛型类型,它必须被实例化,比如:Tree[string]是一个用类型实参string来实例化Tree的例子。

当前泛型实现的不足

泛型对Go项目的影响是方方面面的,在一个版本迭代周期内将泛型的全部特性都实现的确难了一些。因此,Go 1.18当前的Go泛型实现尚不完整,尚有限制,根据Go 1.18的发布说明文档,限制包括下面几点:

  • Go编译器不能处理泛型函数或方法中的类型声明,Go团队希望在未来的版本中提供对该功能的支持。
func GenericsFoo[T any](s T) T {
    type bar int // type declarations inside generic functions are not currently supported
    var a bar
    println(a)
    return s
}
  • Go编译器不支持预定义的函数real、imag和complex处理泛型类型实参。Go团队希望在未来的版本中取消这一限制。
package main

import (
    "golang.org/x/exp/constraints"
)

func GenericsFoo[T constraints.Complex](s T) T {
    n := real(s) // s (variable of type T constrained by constraints.Complex) not supported as argument to real for go1.18 (see issue #50937
    println(n)

    i := complex(s, s) // invalid argument: arguments have type T, expected floating-point
    _ = i
    return s
}

func main() {
    var i = complex(1.0, 2.0) // 1+2i
    GenericsFoo(i)
}
  • Go编译器只支持在参数类型为P的值x上调用方法m,前提是:m必须是由P的约束接口显式声明的。同样地,method valuex.m和method expression P.m也只有在P明确声明了m的情况下才会被支持。即使P类型集合中的所有类型都实现了m,但如果没有显示声明m,那么也不支持在x上调用m。Go团队希望在未来的版本中删除这一限制。
package main

type C interface {
    T | T1 // T和T1都实现了M1方法
}

func GenericsFoo[P C](p P) {
    p.M1() // p.M1 undefined (type P has no field or method M1)
}

type T struct{}

func (T) M1() {}

type T1 struct{}

func (T1) M1() {}

func main() {
    GenericsFoo(T{})
}

  • Go编译器目前不支持访问一个结构字段x.f,其中x是类型参数类型,即使类型参数的类型集合中的所有类型都有一个字段f。Go团队可能会在未来的版本中取消这一限制。
package main

type C interface {
    T | T1 // T和T1的类型定义中都包含名为Name的字段
}

func GenericsFoo[P C](p P) {
    _ = p.Name // p.Name undefined (type P has no field or method Name)
}

type T struct {
    Name string
}

type T1 struct {
    Name string
}

func main() {
    GenericsFoo(T{})
}
  • 目前Go编译器不允许将类型参数或指向类型参数的指针作为结构体类型嵌入字段(未命名字段)。同样,也不允许在一个接口类型中嵌入一个类型参数。目前Go团队还不确定这些限制在未来版本是否会被放开。
package main

type F[T any, P any] struct {
    Name string
    *T //embedded field type cannot be a (pointer to a) type parameter
    P // embedded field type cannot be a (pointer to a) type parameter
}

type MyInterface interface{}

type GenericsInterface[I MyInterface] interface {
    M1()
    I // cannot embed a type parameter
}

func main() {
    var f F[string, string]
    _ = f
}
  • Go编译器不支持在包含1个以上类型元素的union类型定义中包含一个具有非空方法集的接口类型。这是否会在未来版本中被允许,Go团队目前还不确定。
package main

type MyInterface interface {
    M1()
}

type GenericsInterface interface {
    ~int | MyInterface | float64 // cannot use main.MyInterface in union (main.MyInterface contains methods)
}

func main() {
}

另外一个大家广为关注的是,普通类型的方法声明中不支持类型参数:

package main

type F struct{}

func (F) M1[T any](t T){} // syntax error: method must have no type parameters

func main() {
    var f F[string]
    f.M1("hello")
}

不过这不是实现层面的限制,而是Go泛型技术草案就是这么定的。至于后续是否能支持在方法中使用类型参数还不确定。不过上述问题可以通过带有类型参数的泛型类型来“缓解”。

泛型类型可以有自己的方法,在泛型类型的方法声明中receiver中使用与类型声明相同的类型参数,这个类型参数也可以在方法的普通参数列表中使用,如下面例子:

package main

type F[T any] struct{}

func (F[T]) M1(t T) {} // ok

func main() {
    var f F[string]
    f.M1("hello")
}
官方维护的泛型包

Go 1.18可以说仅提供了一个Go泛型的最小版本,除了语法,外加两个预定义类型:comparable和any。原本想在标准库中加入的constraints、slices和maps泛型包,因Go老父亲Rob Pike的一条comment而被暂时搁置了。Rob Pike的理由很简单,Go泛型是Go诞生以来最大的一次语言变化,Go 1.18版本承载了太多的change,容易出错。并且Go核心开发团队也没有使用新泛型的经验,他建议Go核心开发团队应该多等待、观察和学习,不要把步子迈得太大,Go应该按照自己的节奏稳步前进

于是前面提到的三个包被放在了golang.org/x/exp下面了:

golang.org/x/exp/constraints
golang.org/x/exp/slices
golang.org/x/exp/maps

待时机成熟,这些包会像当年http2包一样进入到Go标准库中。

Go工具链对泛型语法的支持情况

Go泛型出炉后,Go官方维护的Go工具链上的工具都基本确定了支持泛型语法的计划。到Go 1.18发布时,gofmt/goimports、go vet、gopls(从v0.8.1版本开始支持)都实现了对泛型的支持。

不过这里除了gofmt是与Go安装包一起发布的,其他工具都需要自己安装和升级到最新版本。否则一旦使用到泛型语法或新增的像any、comparable等预定义标识符,你的编辑器就会给出各种错误提示。

如果你和我一样使用vim+vim-go+goimports+gopls,那么要想编辑器支持go 1.18,可使用下面命令升级工具版本来支持go 1.18的泛型:

$go install golang.org/x/tools/cmd/goimports@latest
$go install golang.org/x/tools/gopls@latest

当然Go社区还有很多工具尚未及时赶上步伐,这个要给Go社区一定的时间。

关于Go泛型语法的细节以及实现原理,我会逐渐在后续文章中进行专门讲解。

讲完泛型这个大部头儿后,接下来,我们再来看看Go编译器与Go module的变化。

二. Go编译器与Go module变化

1. 修正的语法bug

我们知道在Go函数内声明变量后,如果未使用,Go编译器会报错。但Go 1.18版本之前,Go编译器对于下面例子中的变量p是不会报错的,即便在main中没有使用。

Go 1.18修正了这个问题,如果用Go 1.18编译该例子,会出现注释中的编译器错误。

package main

func main() {
    p := true // go 1.18会报错:p declared but not used,但Go 1.18之前的版本不会。
    func() {
        p = true
    }()
}

同时,gopls和go vet也都会针对上述问题给出错误提示。

2. 在AMD64平台上引入architectural level

众所周知,Go语言在目标代码的优化上还有很大的提升空间。在Go 1.18版本中,Go引入一个算是优化的措施,即在AMD64平台上引入architectural level的概念。level越高,可用指令越新,编译出的使用新指令的代码的性能可能有一定提升。

Go 1.18通过GOAMD64这个环境变量来指示编译器采用的level,默认使用v1版本。这个版本在生产的代码中使用了所有x86-64 cpu都支持的指令。说白了,就是使用最基本的指令,兼容性好,但性能也是最差的。

GOAMD64环境变量的另外三个候选值为v2、v3、v4。版本越高,兼容性越差,但性能可能因使用新指令而得到提升。

  • GOAMD64=v2: 所有v1版指令, 外加CMPXCHG16B, LAHF, SAHF, POPCNT, SSE3, SSE4.1, SSE4.2, SSSE3;
  • GOAMD64=v3: 所有v2版指令, 外加AVX, AVX2, BMI1, BMI2, F16C, FMA, LZCNT, MOVBE, OSXSAVE;
  • GOAMD64=v4: 所有v3版指令, 外加AVX512F, AVX512BW, AVX512CD, AVX512DQ, AVX512VL。

在优化的道路,Go团队一直在努力,这不Go编译器现在还可以inline带有range循环或带有label的循环语句的函数了。

3. 丰富了SBOM信息

这些年来,关于软件供应链的安全问题频发,软件供应链已然成为IT安全领域的一个热点。Go作为云原生平台、中间件以及服务的头部开发语言,其自身安全性以及构建出的软件的安全性就变得至关重要了。Go在安全方面的投入也是逐渐增大,手段也在逐渐增多与丰富。SBOM(软件物料清单)作为缓解软件供应链攻击的重要防护手段,Go在1.13版本就提供了相关支持,在Go 1.18版本中,Go更是丰富了提供的SBOM信息,这方面的详情可参见之前的文章:《聊聊Go语言的软件供应链安全》

4. Go泛型给compiler带来的负面影响

Go泛型的引入增加了Go语言的表达力,但也对Go编译器带来了不小的负面影响,其中最大的影响就是编译速度。从Go 1.18发布说明文档来看,Go 1.18的编译速度要比Go 1.17版本下降15%,并且即便你在代码中完全没有使用泛型语法,这个性能下降也是有的。所以这也是Go团队在Go 1.19中要重点解决的问题

5. go module变化

Go 1.16版本开始,Go module已进入成熟期。不过依然有一些小问题需要修复,其中一个就是go.mod和go.sum究竟哪个命令有权修改。Go 1.18明确了能修改go.mod, go.sum的命令只有三个:go get, go mod tidy和go mod download。这样开发人员就可以放心的在项目根目录下执行go工具链提供的其他命令了。

6. 引入Go workspace(工作区)

Go module的引入大大改善了Go包依赖与构建问题。但目前Go module在软件协作开发过程中仍存在导致体验差的两个问题,并且这两个问题在原有go module机制下面很难得到根本解决。这两个问题是:

  • 对依赖包进行自行修改,并基于本地修改后的依赖包进行构建;
  • 依赖本地尚未发布的module。

原有的go module replace机制在协作的情况下,体验较差,给开发人员带去一定额外的心智负担。于是Go开发者Michael Matloob在2021年4月提出的一个名为“Multi-Module Workspaces in cmd/go”的proposal。这个proposal引入一个go.work文件用于开启Go工作区模式。go.work通过use指示符设置一些本地路径,这些路径下的go module构成一个工作区(workspace),Go命令可以操作这些路径下的go module,也会优先使用工作区中的go module。同时,go.work是本地环境相关的,无需提交到代码仓库中,每个开发者可以根据自己的开发环境设置拥有仅属于自己的go.work文件。

关于Go工作区机制,我在《Go 1.18新特性前瞻:Go工作区模式》一文中有详细介绍,大家可以移步到那篇文章认真阅读。不过那篇文章是在Go 1.18 beta1版发布之前写的,当时的一些go.work的内容,比如像directory指示符在Go 1.18正式版中已经发生了变化,这个大家要注意一下。

看完编译器,我们再来简单说说其他工具链。

三. Go工具链变化

1. go fuzzing

Go工具链侧最大的变化莫过于引入对fuzzing的原生支持。Fuzzing,又叫fuzz testing,中文叫做模糊测试或随机测试。其本质上是一种自动化测试技术,更具体一点,它是一种基于随机输入的自动化测试技术,常被用于发现处理用户输入的代码中存在的bug和问题。

在具体实现上,Fuzzing不需要像单元测试那样使用预先定义好的数据集作为程序输入,而是会通过数据构造引擎自行构造或基于开发人员提供的初始数据构造一些随机数据,并作为输入提供给我们的程序,然后监测程序是否出现panic、断言失败、无限循环等。这些构造出来的随机数据被称为语料(corpus)。另外Fuzz testing不是一次性执行的测试,如果不限制执行次数和执行时间,Fuzz testing会一直执行下去,因此它也是一种持续测试的技术。

Go 1.18将fuzz testing纳入了go test工具链,与单元测试、性能基准测试(https://www.imooc.com/read/87/article/2439)等一起成为了Go原生测试工具链中的重要成员。

go fuzzing test的测试用例与普通的测试用例(TestXxx)、性能基准测试(BenchmarkXxx)等一样放在xx_test.go中,只不过用例对应的函数名样式换为了FuzzXxx了。一个简单的Fuzzing test用例如下:

func FuzzXxx(f *testing.F) {
    // 设置种子语料(可选)

    // 执行Fuzzing
    f.Fuzz(func(t *testing.T, b []byte) {
        //... ...
    })
}

关于Go Fuzzing test,我在《Go 1.18新特性前瞻:原生支持Fuzzing测试》 有十分全面系统的说明,大家可以移步到那篇文章阅读了解。

这里需要大家额外注意的是,Fuzzing测试虽然写法上与单元测试、benchmark test很像,也很简单,但Fuzzing测试是持续运行的,不会停下来的,因此就像Go 1.18版本说明中提示的那样:Fuzzing测试会消耗大量的内存,在运行时可能会影响你的机器性能。还要注意的是,在运行时,模糊引擎会将扩大测试范围的数值写入\$GOCACHE/fuzz内的模糊缓存目录。目前对写入模糊缓存的文件数量或总字节数没有限制,所以它可能会占用大量的存储空间(可能是几个GB甚至更多)。因此建议找一台专门的高配机器来跑fuzzing test。

2. go get

在Go module构建模式下,go get回归本职工作,专注于获取go module以及对应的依赖module。不再执行编译和安装工作。这样一来,原本被go get剥夺了光环的go install在module-aware模式下重新拿回本属于自己的职能:安装指定版本或latest版本的module和可执行文件。

最后,我们再来看看其他的一些小变化。

四. 其他的minor变化

1. gofmt支持并发

“gofmt的代码风格不是某个人的最爱,而是所有人的最爱”。gofmt代码风格已经成为Go开发者的一种共识,融入到Go语言的开发文化当中了。Go 1.18为Go开发人员带来了支持并发的gofmt,毫无疑问,其最大的好处就是快,尤其是在多核cpu上,gofmt可以利用更多的算力快速完成代码风格的格式化。

2. 内置函数append对切片的扩容算法发生变化

我们都知道append操作切片时,一旦切片已满(len==cap),append就会重新分配一块更大的底层数组,然后将当前切片元素copy到新底层数组中。通常在size较小的情况下,append都会按2倍cap扩容,size大的情况,比如已经是1024了,那么Go 1.17不会double分配。Go 1.18中的算法有一定变化,目的是使得在一个门槛值前后的变化更丝滑。具体算法大家看下面\$GOROOT/src/runtime/slice.go中的growslice函数中的部分逻辑:

func growslice(et *_type, old slice, cap int) slice {
    ... ...

    newcap := old.cap
    doublecap := newcap + newcap
    if cap > doublecap {
        newcap = cap
    } else {
        const threshold = 256
        if old.cap < threshold {
            newcap = doublecap
        } else {
            // Check 0 < newcap to detect overflow
            // and prevent an infinite loop.
            for 0 < newcap && newcap < cap {
                // Transition from growing 2x for small slices
                // to growing 1.25x for large slices. This formula
                // gives a smooth-ish transition between the two.
                newcap += (newcap + 3*threshold) / 4
            }
            // Set newcap to the requested cap when
            // the newcap calculation overflowed.
            if newcap <= 0 {
                newcap = cap
            }
        }
    }
    ... ...
}

另外从代码来看,和Go 1.17以1024作为大小分界不同,Go 1.18使用256作为threshold。这个大家要注意。

3. 新增net/netip包

Go 1.18标准库在net下面新增加了netip包。这源于原Go核心开发者Brad Fitzpatrick在其创业项目tailscale中遇到的问题。Brad发现标准库中现有的表示IP相关信息的net.IP有如下这么多不足:

于是Brad提议新增一个占用较少的内存、不可变的并且是可比较的、可作为map key的IP的新表示,这就是netip.Addr以及围绕netip.Addr的一系列类型与方法。

关于netip包的内容还不少,大家可以查看netip包的ref来详细了解这个包。

4. 两个重要的安全变化

安全问题日益严重,Go标准库也在紧跟安全趋势的步伐。

在Go 1.18中,tls client默认将使用TLS 1.2版本。当然如果你要显式将Config.MinVersion设置为VersionTLS10,TLS 1.0和1.1依然可以使用。

此外,Go 1.18中crypto/x509包默认将拒绝使用SHA-1哈希函数签名的证书(自签发的除外)。通过GODEBUG=x509sha1=1可以临时支持SHA-1,但从Go 1.19版本开始,SHA-1将被永久踢出。

5. strings包和bytes包新增Cut函数

strings包和bytes包都增加了实用函数Cut(注:strings和bytes包保持API一致性的传统由来已久)。以字符串为例,Cut函数的语义就是将一个输入字符串中的某一段字符串“切掉”。Cut函数的原型如下:

func Cut(s, sep string) (before, after string, found bool)

如果没找到要切掉的部分,则最后的返回值为false,before为原字符串s,而after则为”"。

var s = "hello, golang"

b, a, f := strings.Cut(s, "java")
fmt.Printf("before=%s, after=%s, found=%t\n", b, a, f) // before=hello, golang, after=, found=false

如果找到了要切掉的部分,则最后的返回值为true,before为“被切掉部分”的前面的字符串,after则为“被切掉部分”的后面的字符串。

b, a, f = strings.Cut(s, "lang")
fmt.Printf("before=%s, after=%s, found=%t\n", b, a, f) // before=hello, go, after=, found=true

如果输入字符串中有多个与要切掉的部分匹配的字串,Cut函数只会切掉第一个匹配的字串。

b, a, f = strings.Cut(s, "o")
fmt.Printf("before=%s, after=%s, found=%t\n", b, a, f) // before=hell, after=, golang, found=true

6. runtime/pprof精确性提升

Go 1.18 runtime/pprof在Linux上采用每线程定时器来驱动采样,目的就是提升在高负荷下采样数据的精确性,减少数据丢失或不准的情况

7. sync包新增Mutex.TryLock, RWMutex.TryLock和RWMutex.TryRLock

Go团队在社区的强烈要求下,还是在sync包中加上了Mutex.TryLock, RWMutex.TryLock和RWMutex.TryRLock。但说实话,我个人尚未遇到非要使用TryLock的场景。Go团队在TryLock方法的注释中也给出了使用提示:请注意,虽然TryLock的正确使用确实存在,但它们是罕见的,而且使用TryLock的使用往往是mutex在特定使用中更深层次问题的标志

尽量不要用就完了!

五. 小结

从上面内容来看,Go 1.18还真是一个大改动的版本。很多变化都值得后续细致学习和探索。Go 1.18由于引入泛型,我个人还是建议暂缓将其用于生产环境。就像go module引入后,经历go 1.11~go 1.16才逐渐成熟,Go泛型的成熟想必也要至少2-3个版本。在这个阶段,先把精力放在对泛型的学习上以及如何利用泛型改善我们的代码上,但也要注意:泛型大幅提高了代码的复杂性,使用泛型的代码在可读性方面必然有下降,大家不要滥用泛型,更不要显然像c++ template使用的那种奇技淫巧中去。那就与Go语言的设计哲学背道而驰了。


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Hello,Termux

程序员或多或少都有一颗Geek(极客)的心^0^。- Tony Bai

折腾开始。

这一切都源于前不久将手机换成了Xiaomi的MIX2。因为青睐开放的系统(相对于水果公司系统的封闭,当然Mac笔记本除外^0^),我长期使用Android平台的手机。但之前被三星Note3手机的“大屏”搞的不是很舒服,这两年一直用5寸及以下的手机,因为单手操作体验良好。MIX2的所谓“全面屏”概念又让我回归到了大屏时代。

除了大屏,现在手机“豪华”的硬件配置也让人惊叹:高通骁龙835,8核,最高主频 2.45GHz;6GB以上的LPDDR4x的双通道大内存,怪不得微软和高通都开始合作生产基于高通ARM处理器的Win10笔记本了,这配置支撑在笔记本上办公+浏览网页绰绰有余。不过对于不怎么玩游戏的我而言,这种配置仅仅用作手机日常功能有些浪费。于是有了“mobile coding”的想法和需求,至少现在是这样想的,冲动也好,伪需求也好,先实现了再说。

一、神器Termux,不仅仅是一个terminal emulator

所谓”mobile coding”不仅仅是要通过手机ssh到服务器端进行coding,还要支持在手机上搭建一个dev环境。dev环境这个需求是以往我安装的ConnectBot等ssh client端工具所无法提供的,而其他一些terminal工具,诸如Terminal Emulator for Android仅仅提供一些shell命令的支持,适合于那些喜爱使用命令行对Android机器进行管理的”administrator”们,但对dev环境的搭建支持有限的。于是神器Termux登场了。

Termux是什么?Termux首先是一个Android terminal emulator,可以像那些terminal工具一样,提供基本的shell操作命令;除此之外更为重要的是它不仅仅是一个terminal emulator。Termux提供了一套模拟的Linux环境,你可以在无需root、无需root、无需root的情况下,像在PC linux环境下一样进行各种Linux操作,包括使用apt工具进行安装包管理、定制shell、访问网络、编写源码、编译和运行程序,甚至将手机作为反向代理、负载均衡服务器或是Web服务器,又或是做一些羞羞的hack行为等。

1、安装

Termux仅支持Android 5.0及以上版本(估计现在绝大多数android机都满足这一条件)。在国内建议使用F-Droid安装Termux(先下载安装F-Droid,再在F-Droid内部搜索Termux,然后点击安装),国内的各种安装助手很少有对这个工具的支持。或是到apk4fun下载Termux的apk包(size非常小)到手机中安装(安装时需要连接着网络)。当前Termux的最新版本为0.54

在桌面点击安装后的Termux图标,我们就启动了一个Termux应用,见下图:

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2、Termux初始环境探索

Mix2手机的Android系统使用的是Android 7.1.1版本,桌面Launcher用的是MIUI 9.1稳定版,默认的shell是bash。通过Termux,我们可以查看Android 7.1.1.使用的Linux内核版本如下:

$uname -a
Linux localhost 4.4.21-perf-g6a9ee37d-06186-g2b2a77b #1 SMP PREEMPT Thu Oct 26 14:55:45 CST 2017 aarch64 Android

可以看出Linux内核是4.4.21,采用的CPU arch family是ARM aarch64

我再来看一下Termux提供的常见目录结构:

Home路径:

$cd ~/
$pwd
/data/data/com.termux/files/home

//或者通过环境变量HOME获取:

$echo $HOME
/data/data/com.termux/files/home

长期使用Linux的朋友可能会发现,这个HOME路径好是奇怪,一般的标准Linux发行版,比如Ubuntu都是在”/home”下放置用户目录,但termux环境中HOME路径却是一个奇怪的位置。在Termux官方Wiki中,我们得到的答案是:Termux是一个prefixed system。

这个prefix的含义我理解颇有些类似于我们在使用configure脚本时指定的–prefix参数的含义。我们在执行configure脚本时,如果不显式地给–prefix传入值,那么make install后,包将被install在标准位置;否则将被install在–prefix值所指定的位置。

prefixed system意味着Termux中所有binaries、libraries、configs都不是放在标准的位置,比如:/usr/bin、/bin、/usr/lib、/etc等下面。Termux expose了一个特殊的环境变量:PREFIX(类似于configure –prefix参数选项):

$echo $PREFIX
/data/data/com.termux/files/usr

$cd $PREFIX
$ls -F
bin/  etc/  include/  lib/  libexec/  share/  tmp/  var/

是不是有些似曾相识?但Termux的$PREFIX路径与标准linux的根路径下的目录结构毕竟还存在差别,但有着对应关系,这种对应关系大致是:

Termux的$PREFIX/bin  <=>  标准Linux环境的 /bin和/usr/bin
Termux的$PREFIX/lib  <=>  标准Linux环境的 /lib和/usr/lib
Termux的$PREFIX/var  <=>  标准Linux环境的 /var
Termux的$PREFIX/etc  <=>  标准Linux环境的 /etc

因此,基本可以认为Termux的$PREFIX/就对应于标准Linux的/路径。

3、更新源和包管理

Termux的牛逼之处在于它基于debian的APT包管理工具进行软件包的安装、管理和卸载,就像我们在Ubuntu下所做的那样,非常方便。

Termux自己维护了一个源,提供各种专门为termux定制的包:

# The main termux repository:
#deb [arch=all,aarch64] http://termux.net stable main

同时,termux-packages项目为开发者和爱好者提供了构建工具和脚本,通过这些工具和脚本,我们可以将自己需要的软件包编译为可以在termux运行的版本,并补充到Termux的源之中。我大致测试了一下官方这个源还是可用的,虽然初始连接的响应很缓慢。

国内清华大学维护了一个Termux的镜像源,你可以通过编辑 /data/data/com.termux/files/usr/etc/apt/sources.list文件或执行apt edit-sources命令编辑源(在Shell配置中添加export EDITOR=vi后,apt edit-sources才能启动编辑器进行编辑):

# The main termux repository:
#deb [arch=all,aarch64] http://termux.net stable main
deb [arch=all,aarch64] http://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/termux stable main

剩下的操作与Ubuntu上的一模一样,无非apt update后,利用apt install安装你想要的包。目前Termux源中都有哪些包呢?可以通过apt list命令查看:

$apt list
Listing... Done
aapt/stable 7.1.2.33-1 aarch64
abduco/stable 0.6 aarch64
abook/stable 0.6.0pre2-1 aarch64
ack-grep/stable 2.18 all
alpine/stable 2.21 aarch64
angband/stable 4.1.0 aarch64
apache2/stable 2.4.29 aarch64
apache2-dev/stable 2.4.29 aarch64
apksigner/stable 0.4 all
apr/stable 1.6.3 aarch64
apr-dev/stable 1.6.3 aarch64
apr-util/stable 1.6.1 aarch64
apr-util-dev/stable 1.6.1 aarch64
apt/stable,now 1.2.12-3 aarch64 [installed]
apt-transport-https/stable 1.2.12-3 aarch64
... ...
zile/stable 2.4.14 aarch64
zip/stable 3.0-1 aarch64
zsh/stable,now 5.4.2-1 aarch64 [installed]

查看是否有需要更新的包列表:

$apt list --upgradable

以安装golang为例:

$apt install golang
....
$go version
go version go1.9.2 android/arm64

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Termux源中的包似乎更新的很勤奋,Go 1.9.2才发布没多久,这里已经是最新版本了,这点值得赞一个!

二、开发环境搭建

我的目标是mobile coding,需要在Termux上搭建一个dev环境,以Go环境为例。

1、sshd

在搭建和配置阶段,如果直接通过Android上的软键盘操作,即便屏再大,那个体验也是较差的。我们最好通过PC连到termux上去安装和配置,这就需要我们在Termux上搭建一个sshd server。下面是步骤:

$apt install openssh
$sshd

就这么简单,一个sshd的server就在termux的后台启动起来了。由于Termux没有root权限,无法listen数值小于1024的端口,因此termux上sshd默认的listen端口是8022。另外termux上的sshd server不支持用户名+密码的方式进行登录,只能用免密登录的方式,即将PC上的~/.ssh/id_rsa.pub写入termux上的~/.ssh/authorized_keys文件中。关于免密登录的证书生成方法和导入方式,网上资料已经汗牛充栋,这里就不赘述了。导入PC端的id_rsa.pub后,PC就可以通过下面命令登录termux了:

$ssh 10.88.46.79  -p 8022
Welcome to Termux!

Wiki:            https://wiki.termux.com
Community forum: https://termux.com/community
IRC channel:     #termux on freenode
Gitter chat:     https://gitter.im/termux/termux
Mailing list:    termux+subscribe@groups.io

Search packages:   pkg search <query>
Install a package: pkg install <package>
Upgrade packages:  pkg upgrade
Learn more:        pkg help

其中10.88.46.79是手机的wlan0网卡的IP地址,可以在termux中使用ip addr命令获得:

$ip addr show wlan0
34: wlan0: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc mq state UP group default qlen 3000
    ... ...
    inet 10.88.46.79/20 brd 10.88.47.255 scope global wlan0
       valid_lft forever preferred_lft forever
    ... ...

2、定制shell

Termux支持多种主流Shell,默认的Shell是Bash。很多开发者喜欢zsh + oh-my-zsh的组合,Termux也是支持的,安装起来也是非常简单的:

$ apt install git
$ apt install zsh
$ git clone git://github.com/robbyrussell/oh-my-zsh.git ~/.oh-my-zsh
$ cp ~/.oh-my-zsh/templates/zshrc.zsh-template ~/.zshrc
$ chsh zsh

与在PC上安装和配置zsh和oh-my-zsh没什么两样,你完全可以按照你在PC上的风格定制zsh的Theme等,我用的就是默认theme,所以也无需做太多变化,顶多定制一下PROMPT(~/.oh-my-zsh/themes/robbyrussell.zsh-theme中的PROMPT变量)的格式^0^。

3、安装vim-go

在terminal内进行Go开发,vim-go是必备之神器。vim-go以及相关自动补齐、snippet插件安装在不同平台上都是大同小异的,之前写过两篇《Golang开发环境搭建-Vim篇》和《vim-go更新小记》,大家可以参考。

不过这里有一个较为关键的问题,那就是Termux官方源中的vim 8.0缺少了对python和lua的支持:

 $vim --version|grep py
+cryptv          +linebreak       -python          +viminfo
+cscope          +lispindent      -python3         +vreplace
$vim --version|grep lua
+dialog_con      -lua             +rightleft       +windows

而一些插件又恰需要这些内置的支持,比如ultisnips需要vim自带py支持;neocomplete又依赖vim的lua支持。这样如果你还想要补齐和snippet特性,你就需要在Termux下面自己编译Vim的源码了(configure时加上对python和lua的支持)。

4、中文支持

无论是PC还是Termux使用的都是UTF8的内码格式,但是在安装完vim-go后,我试着用vim编辑一些简单的源码,发现在vim中输入的中文都是乱码。这里通过一个配置解决了该问题:

//~/.vimrc

添加一行:

set enc=utf8

至于其中的原理,可以参见我N年前写的《也谈VIM字符集编码设置》一文。

三、键盘适配

现阶段,写代码还是需要键盘输入的(憧憬未来^0^)。

1、软键盘

使用原生自带的默认软键盘在terminal中用vim进行coding,那得多执着啊,尤其是在vim大量使用ESC键的情况下(我都没找到原生键盘中ESC键在哪里:()。不过Termux倒是很具包容心,为原生软键盘提供了扩展支持:用两个上下音量键协助你输入一些原生键盘上没有或者难于输入的符号,比如(全部的模拟按键列表参见这里):

清理屏幕:用volume down + L 来模拟 ctrl + L
结束前台程序:用volume down + C 来模拟 ctrl + C
ESC:用volume up + E 来模拟
F1-F9: 用volume up + 1 ~ 9 来模拟

据网友提示:volume up + Q键可以打开扩展键盘键,包括ESC、CTRL、ALT等,感谢。

这样仅能满足临时的需要,要想更有效率的输入,我们需要Hacker’s Keyboard。顾名思义,Hacker’s Keyboard可以理解为专为Coding(无论出于何种目的)的人准备的。和Termux一样,你可以从F-droid安装该工具。启动该app后,app界面上有明确的使用说明,如果依旧不明确,还可以查看这篇图文并茂的文章:《How to Use Hacker’s Keyboard》。默认情况下,横屏时Hacker’s keyboard会使用”Full 5-row layout”,即全键盘,竖屏时,则是4-row layout。你可以通过“系统设置”中的“语言和输入法”配置中对其进行设置,让Hacker’s keyboard无论在横屏还是竖屏都采用全键盘(我们屏幕够大^0^):

img{512x368}
横屏

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竖屏

Hacker’s Keyboard无法支持中文输入,这点是目前的缺憾,不过我个人写代码时绝少使用中文,该问题忽略不计。

2、外接蓝牙键盘

Hacker’s Keyboard虽然一定程度提升了Coding时的输入效率,但也仅是权宜之计,长时间大规模通过软键盘输入依旧不甚可取,外接键盘是必须的。对于手机而言,目前最好的外接连接方式就是蓝牙。蓝牙键盘市面上现在有很多种,我选择了老牌大厂logitechK480。这款键盘缺点是便携性差点、按键有些硬,但按键大小适中;而那些超便携的蓝牙键盘普遍键帽太小,长时间Coding的体验是个问题。

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Termux对外接键盘的支持也是很好的,除了常规输入,通过键盘组合键Ctrl+Alt与其他字母的组合实现各种控制功能,比如:

ctrl + alt + c => 实现创建一个新的session;
ctrl + alt + 上箭头/下箭头 => 实现切换到上一个/下一个session的窗口;
ctrl + alt + f => 全屏
ctrl + alt +v => 粘贴
ctrl + alt + +/- => 实现窗口字体的放大/缩小

不过,外接键盘和Hacker’s keyboard有一个相同的问题,那就是针对Termux无法输入中文。我尝试了百度、搜狗等输入法,无论如何切换(正常在其他应用中,通过【shift + 空格】实现中英文切换)均只是输入英文。

四、存储

到目前为止,我们提到的路径都在termux的私有的内部存储(private internal storage)路径下,这类存储的特点是termux应用内部的、私有的,一旦termux被卸载,这些数据也将不复存在。Android下还有另外两种存储类型:shared internal storage和external storage。所谓shared internal storage是手机上所有App可以共享的存储空间,放在这个空间内的数据不会因为App被卸载掉而被删除掉;而外部存储(external storage)主要是指外部插入的SD Card的存储空间。

默认情况下,Termux只支持private internal storage,意味着你要做好数据备份,否则一旦误卸载termux,数据可就都丢失了;数据可以用git进行管理,并sync到云端。

Termux提供了一个名为termux-setup-storage的工具,可以让你在Termux下访问和使用shared internal storage和external storage;该工具是termux-tools的一部分,你可以通过apt install termux-tools来安装这些工具。

执行termux-setup-storage(注意:这个命令只能在手机上执行才能弹出授权对话框,通过远程ssh登录后执行没有任何效果)时,手机会弹出一个对话框,让你确认授权:

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一旦授权,termux-setup-storage就会在HOME目录下建立一个storage目录,该目录下的结构如下:

➜  /data/data/com.termux/files/home $tree storage
storage
├── dcim -> /storage/emulated/0/DCIM
├── downloads -> /storage/emulated/0/Download
├── movies -> /storage/emulated/0/Movies
├── music -> /storage/emulated/0/Music
├── pictures -> /storage/emulated/0/Pictures
└── shared -> /storage/emulated/0

6 directories, 0 files

我们看到在我的termux下,termux-setup-storage在storage下建立了6个符号链接,其中shared指向shared internal storage的根目录,即/storage/emulated/0;其余几个分别指向shared下的若干功能目录,比如:相册、音乐、电影、下载等。我的手机没有插SD卡,可能也不支持(市面上大多数手机都已经不支持了),如果插了一张SD卡,那么termux-setup-storage还会在storage目录下j建立一个符号链接指向在external storage上的一个termux private folder。

现在你就可以把数据放在shared internal storage和external storage上了,当然你也可以在Termux下自由访问shared internal storage上的数据了。

五、小结

Termux还设计了支持扩展的Addon机制,支持通过各种Addon来丰富Termux功能,提升其能力,这些算是高级功能,在这篇入门文章里就先不提及了。好了,接下来我就可以开始我的mobile coding了,充分利用碎片时间。后续在使用Termux+k480的过程中如果遇到什么具体的问题,我再来做针对性的解析。


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