2023年十二月月 发布的文章

2023年Go语言盘点:稳中求新,稳中求变

本文永久链接 – https://tonybai.com/2023/12/31/the-2023-review-of-go-programming-language

时光荏苒,转眼间已经是2023年的最后一天了。《2022年Go语言盘点:泛型落地,无趣很好,稳定为王》仿佛就写在昨天。

回首这一年,全球彻底从新冠大流行中得以复苏,Go语言也不例外,最直观的表现就是全球各地的GopherCon技术大会或小型Meetup都纷纷从停办/线上的状态来到了线下,并获得Gopher们的热烈欢迎和踊跃参与,比如下图中的GopherConGopherCon UKGopherCon EuropeGopherCon AustraliaGolab等。

尤其值得一提的是我们本土最大的Gopher技术大会GopherChina 2023,今年为了满足不同地域Gopher的需求,GoCN社区在6月和11月分别在北京和上海举办了两次GopherChina大会,这也是历史首次。

Go语言团队的大神们也开始重新“乐此不疲”地参与到上述这些大会中,以推进全球Go社区与生态的建设。就连已经退居二线的Go语言之父Rob Pike也亲自“现身说法”,在年底的GopherCon Australia 2023上发表了“What We Got Right, What We Got Wrong”的主题演讲来回顾Go诞生以来的得与失。

大神回顾一生,我们盘点一年。在这篇文章中,我就和大家一起聊聊Go在2023年的状态、所处的位置以及Go未来演进的机制与策略。

1. Go的2023

1.1 稳

一如往年,Go在2023年发布了两个大版本,分别是2023年2月份的Go 1.20和8月份的Go 1.21

在这两个版本中,Go语法特性一如既往的求稳,除了支持切片类型到数组类型(或数组类型的指针)的类型转换,其余更是像语法的修修补补,比如:comparable“放宽”了对泛型实参的限制、unsafe包继续添加“语法糖”、增加min、max和clear预定义函数、增强type inference能力等。

这些并不会让Gopher感到“意外”,因为这与Russ Cox在2022年宣称的“Go is boring”的精神是一脉相承的。

不过,除了Go语法特性变化方面的“寡淡”之外,Go在其他方面还是求新和求变的,接下来我们先来看看Go是如何求新的。

注:求新与求变可能存在交集的地方,边界可能也有一定模糊性,也存在相互促进的情况,希望大家阅读下面内容时不要吹毛求疵:)。

1.2 求新

Go在语法特性求稳的同时,在编译器、工具链、运行时以及标准库等方面都在努力优化和打磨,旨在进一步提升Go兼具的生产力与运行时效率,其中很多优化和打磨的措施不乏新颖。

Go 1.20版本中首次引入的PGO(profile-guided optimization)技术预览版,到Go 1.21版本变为默认开启,Go官方给出的PGO优化的效果数据是:PGO优化带来的性能提升一般是2%~7%,而在最新的Go 1.22rc1中,这个数字已经变为2%~14%了。

在内存管理方面,Go 1.20引入了试验特性arena包,虽然它没能在Go 1.21中按时转正,如今处于proposal-hold状态,但这也算是一次在内存管理机制上的求新。

Go是一门面向软件工程的编程语言,在这一年中,Go在软件工程领域的求新例子也是不少。比如:可用于大幅简化Go项目创建的gonew工具,它支持基于go project template clone并创建一个属于你的Go项目;再比如对应用执行时的代码覆盖率的采集,可以帮助开发者更进一步了解最终可执行程序代码执行路径上的测试覆盖情况;而govulncheck工具则是Go在软件工程与供应链安全领域的求新尝试,该工具丰富了我们对Go项目进行安全漏洞检查的手段。

注:关于供应链安全问题,Russ Cox近期有一个专门的Talk:Open Source Supply Chain Security at Google,感兴趣的童鞋可以学习一下。

Go始终对IT界出现的新技术、新趋势以及Go社区的新想法保持open。在WASM出现早期,Go就提供了对wasm的porting支持,如今在Go 1.21中,Go还对尚未形成最终规范的WASI(WebAssembly System Interface)提供了支持。

Go社区的反馈也是Go团队求新的来源,比如一个典型例子就是log/slog加入标准库,让Go标准库原生支持了结构化日志输出,且日志性能不输像zap这样的第三方开源log包

Go社区也跟随Go团队的节奏,走在求新的道路上。2023年,IT界最大的事件就是以ChatGPT为代表的大语言模型的横空出世,这很可能是一个百年不遇的、对人类文明进步有着重要里程碑意义的事件。各行各业,言必称大模型,言必称AI。在传统机器学习、深度学习以及神经网络方面生态并不丰富的Go,也在尝试与大模型对接,比如:支持快速在本地启动和运行llama2、mistral 7B、codellama、vicuna等大模型的ollama开源项目在短短几个月就收获近30k个小星星的关注;再比如Gemini大模型推出后,Google一并开源了支持与Google各种大模型项目对接的Google AI Go SDK开源项目,并提供了详细的教程指导Gopher如何通过该SDK与大模型交互

注:Google把Gemini Pro的API免费提供给个人用户了,该模型具备GPT 3.5 级别的能力,32k 上下文,38 种语言支持以及多模态支持,唯一的约束是每分钟60个请求。

2023年第二次Go用户调查报告中,Go 开发者表示,他们对改善其编写代码的质量、可靠性和性能的人工智能/机器学习工具感兴趣,而不是编写代码的工具。一位时刻警醒、从不忙碌的专家“审阅者”可能是一种更有帮助的AI开发者辅助形式。Go官方表示了对该调查结果的重视,也许在后续的Go工具链中“AI加持”会成为常态。

1.3 求变

2023年8月,在Go 1.21版本刚刚发布后,Go官博就发布了Russ Cox编写的两篇文章:《Backward Compatibility, Go 1.21, and Go 2》和《Forward Compatibility and Toolchain Management in Go 1.21》,进一步明确了Go承诺的向后兼容的范围和方案,并第一次阐述了向前兼容性的具体方案,这两篇文章为Go语言后续的“求变”奠定了理论基础。

在向后兼容方面,从Go 1.21开始Russ Cox提出一些举措,比如:Go将扩展和规范化了GODEBUG的使用,其大致思路如下:

  • 对于每个在Go1兼容性承诺范围内的且可能会破坏(break)现有代码的新特性/新改变(比如:panic(nil)语义的改变)加入时,Go会向GODEBUG设置
    中添加一个新选项(比如GODEBUG=panicnil=1),以保留采用原语义进行编译的兼容能力;
  • GODEBUG中新增的选项将至少保留两年(4个Go release版本),对于一些影响重大的GODEBUG选项(比如http2client和http2server),保留的时间可能更长,甚至一直保留;
  • GODEBUG的选项设置与go.mod的go version是匹配的。例如,即便你现在的工具链是Go 1.21,如果go.mod中的go version为1.20,那么GODEBUG控制的新特性语义将不起作用,依旧保持Go 1.20时的行为。除非你将go.mod中的go version升级为go 1.21.0;
  • 在Go 1.21及以后版本中,除了可以使用像GODEBUG=panicnil=1的环境变量恢复原先语义外,还可以在main包中使用//go:debug指示符。

在向前兼容方面,Russ Cox提出的方案有些复杂难懂,这里就不赘述了,感兴趣的童鞋可以阅读一下我之前的文章《聊聊Go语言的向前兼容性和toolchain规则》了解更多细节。

1.3.1 语法填坑

在Go的诸多“求变”中,影响最大的还是对已有语法坑的“修正”,这些“填坑”工作或多或少都会对存量代码带去影响,甚至是break change,Go社区的反对声音也是不少。但无论怎样,这些工作已经在Go 1.21版本拉开帷幕了。比如:改变panic(nil)的语义以及对循环变量语义的变更,大家可以在《Go 1.21中值得关注的几个变化》一文中了解更多细节。

对现有语法坑的修正也进一步促进了“求新”,比如在修正loopvar语义的同时,for range支持对更多类型表达式的迭代也在进行中,比如Go 1.22中,for range将支持迭代整型表达式,并以试验特性提供了对函数迭代器的支持。

1.3.2 标准库v2示范

Go号称是“自带电池”的语言,其高质量的标准库得到了广大Gopher的欢迎。Go团队也一直努力推进Go标准库功能的丰富性,比如:Go 1.22中对http.ServeMux功能进行了增强,使其像第三方的gorilla/mux那样增加对带有通配符路由的匹配。

Go 1.22中,标准库还首次出现了v2版本包:math/rand/v2,这为后续标准库的vN方式演进提供了示范,从Go团队的官方issue、discussion中了解到,后续如sync/v2、encoding/json/v2等已经列上日程了。

2. Go所处的位置

很多人关注Go当前的状态:国内大厂用的多么?小厂是不是也在广泛采纳。这些问题我在往年的Go语言盘点时也都做过梳理,今年就不再提了。没有哪个大厂在广泛采用一门语言后,会在一年内全部推翻重写的;小厂对Go的采纳也是有惯性的。

今年先从我的两个意外“收获”开始。

2.1 两个意外的“收获”

2023年10月中旬,世界知名电动车厂商Tesla发布了新版fleet APIvehicle command SDK,鉴于本人也在智能网联汽车行业内打拼,于是对Tesla的此次发布做了一些深入了解。在Tesla的github主页上我赫然发现:Go是目前Tesla开源项目的第二大语言。

相对于传统的主机厂(车厂),Telsa算是比较开放的了。开放包含两个含义,一是将车端能力的开放,二是项目的开源。就目前了解到,国内主机厂还鲜有将车端能力开放出来的,开源就更是鲜见。但Tesla在这两方面都做到了,既开放了车端API,又做了针对性的开源,虽然目前其开源项目并不多。以前Tesla涉及到云端服务的项目多用Ruby,但从2022年开始,Go语言的使用逐渐增多,包括前面提到的Fleet API的Fleet Telemetry的参考server实现以及Tesla车辆远控SDK

我们再来看看Apache基金会。众所周知,Apache基金会的开源项目多以Java语言为主,但一次偶然的机会翻看Apache基金会的github项目主页,我发现Go语言在Apache开源项目中已经悄悄地跻身到第五名,如果仅算后端语言的话,Go排名第三,仅次于Java和Python。

并且,Apache基金会下面的Go项目实际也不少,大家可以通过https://github.com/orgs/apache/repositories?language=go&type=all查询。其中还不乏优秀之作,比如:构建Q&A知识系统的answerApache Dubbo的go实现dubbo-goCDN实现trafficcontrolKubernetes原生的轻量级企业应用集成框架Camel KApache Arrow的Go实现以及针对开发过程的聚合数据平台devlake等。

我们知道:Apache项目在企业级应用和平台方面具有广泛的应用,从Go语言在Apache基金会项目中的使用比例的提升现象来看,Go在企业应用市场中的普及度和受欢迎程度确实有所增长。

2.2 Go语言排名

编程语言之间的竞争与争议,通常被称为“编程语言战争”(programming language war),它其实反映了不同技术群体和范式之间的碰撞。这些“火药味”比较浓的语言之争通常比较主观。近10年来,业界出现了一些被广泛接受的编程语言排行榜,它们基于一些相对客观的数据来反映不同编程语言在现实开发中的真实状态。但不同编程语言排行榜都有不同的数据来源和数据模型,单一的排行榜往往是“盲人摸象”,无法反映全貌。但目前又没有一个可以让我们一窥全貌的权威排行榜。因此,要想更客观地、更全面的反映一门编程语言的实际情况,我们需要将多个排行榜参照着看。

下面我们就来看看在目前世界上著名的编程语言排行榜上,Go语言在其中的最新排名情况(请注意:各个榜单的发布时间不同,导致各榜单的数据会有一定时间差)。

2.2.1 PYPL编程语言排行榜

PYPL编程语言流行指数是通过分析语言教程在谷歌上的搜索频率而创建的。语言教程被搜索的次数越多,说明该语言越受欢迎,原始数据来自Google Trends:


PYPL编程语言排行榜,数据时间:2023.12

2.2.2 IEEE Spectrum排行榜

IEEE Spectrum排行榜是通过调查来自全球软件工程师和招聘网站的数据,统计各语言的流行度的:


IEEE Spectrum排行榜,数据时间:2023.8

2.2.3 RedMonk编程语言排行榜

RedMonk排行榜是根据GitHub和Stack Overflow这两个开发者社区上的讨论数量来推算语言的受关注度。


RedMonk编程语言排行榜,数据时间:2023.5

2.3.4 Github Octoverse

GitHub Octoverse排行榜直观反映了过去一年GitHub上各编程语言的实际使用和流行趋势,是从开源项目量的维度来衡量编程语言活跃度的。在Top 10语言榜单上,2023年Go超越Ruby第一次跻身Github Top10语言:


Github Octoverse编程语言排行榜,数据时间:2023.11


Github Octoverse编程语言排行榜,数据时间:2023.11

2.3.5 Github Language Stats(githut)

Github Language Stats是一个个人项目,它基于github公开数据,按时间、pr数量、star数量等维度对各个语言在github上的使用情况进行分析:


Githut按PR数量,数据时间:2023第三季度


Githut按Star数量,数据时间:2023第三季度

2.3.6 TIOBE编程语言排行榜

TIOBE编程语言排行榜理论上来说,是世界上最知名的编程语言排行榜,它根据各大搜索引擎编程语言相关的搜索查询量来计算一个综合指数。但这些年TIOBE榜单数据的“上蹿下跳”,让开发者对该榜单是“又爱又恨”。下面是TIOBE index 2023年12月份的榜单:

当你看到Fortran排在Go的前面,你就get到该榜单的抽风式的“不靠谱”了:)。

综合上述6个榜单,我们可以看到Go语言的2023基本处于稳定发展状态,没有“大踏步”的前进,也没有意想不到的大幅退步。

今年在国内某乎上总有一些有关“Go在国内是否已凉”的话题,从上面实际情况来看,话题中那些抹黑Go的观点可以不攻自破了。有人会说Rust的强势上升对Go会有一定冲击,这的确不可否认,就像Go当年火速蹿升给Java带去一定冲击一样,这是一门编程语言在演进阶段必会经历的过程,没有什么值得大惊小怪的。5年后,Rust可能同样也会受到来自其他语言的冲击。

Go语言未来会变得如何,关键还要看Go团队对Go未来演进方向的把握是否得当以及Go社区与生态是否给力。2023年,Go团队也明确了未来的演进机制和策略,接下来我们就来看看。

3. Go的未来演进

2023年是Go语言开源的第14个年头,Go语言早已蜕下了少年期的青涩,进入到了青年期。这意味着它拥有了越来越成熟稳定的语言特性,同时生态系统也日益丰富完善。作为一门青壮年语言,Go语言在系统设计方面展现出的高度工程化思想,使其轻松应对复杂系统的构建。以go module为主的模块化支持帮助大规模程序更加清晰化,丰富的并发控制手段使其可以处理海量请求。与此同时,Go语言生态也在蓬勃成长——各种高质量框架应运而生,无数module可复用,大量的云原生组件可供选择。这为开发者极大减轻了从零开始搭建系统的工作量。

和我们人类一样,一门语言进入青年期后的成熟特征并不能完全掩饰其未来演进的迷茫!在Ken Thompson、Rob Pike相继退休后,Russ Cox成为了Go这艘大船的“掌舵者”,Russ Cox与Go团队对编程语言的思考,对Go语言价值观的判断将直接决定Go未来的航向。

好在,在2023年的GopherCon大会上,我们得到了Russ Cox的答案:那就是基于共同目标和数据驱动的决策。这里借用Russ Cox在演讲中给出的结论来看看具体的演进驱动机制:

  • 首先,Go需要不断变化,特别是随着计算世界的变化。
  • 其次,任何改变的目标都是为了使Go在软件工程中变得更好,尤其是在规模化(scaling)方面。
  • 第三,一旦我们确定了目标,达成共识的下一个最重要的部分是拥有共享数据来做出决策。
  • 第四,Go工具链遥测是增补我们现有调查和代码分析数据的重要数据来源。

综上来看,Go团队要“拥抱变化”,但不能“无头苍蝇”一样的胡乱改变,而是严谨地基于广泛的数据反馈,包括来自用户调查、vscode插件运行的用户反馈、全年进行的研究访谈和用户体验研究等,以及来自即将加入Go工具链的可选遥测(opt-in Telemetry)功能获取到的更多真实的Go使用数据。

相信在Go工具链的可选遥测(opt-in Telemetry)功能加入后,Go团队能基于这些用户数据拿到更准确地决策依据,继续让Go这艘大船行驶在正确、光明的航向上!

4. 小结

在2023年,Go语言继续保持了其稳定性和可靠性的特点。发布了两个大版本,Go 1.20和Go 1.21,其中语法特性的改变相对较少,注重修复和优化。然而,Go语言在其他方面仍然保持着求新和求变的态势。

Go语言团队致力于优化编译器、工具链、运行时和标准库,以提升生产力和运行时效率。引入了一些新的特性和优化措施,例如PGO(profile-guided optimization)技术的引入和优化、内存管理方面的改进等。同时,Go语言在软件工程领域也进行了一些创新,如简化项目创建的gonew工具、代码覆盖率的采集工具、供应链安全领域的govulncheck工具等。

Go语言始终保持对新技术、新趋势和社区的开放姿态。在2023年,Go语言对WASM和WASI的支持得到了进一步加强。同时,Go社区也积极响应并跟随Go团队的步伐,面对IT界出现的大语言模型等新兴技术,Go社区也在不断探索和应用。

总体而言,2023年对于Go语言来说是一个稳中求新、稳中求变的年份。Go语言保持着其简洁、高效和易用的特点,同时积极适应和采纳新的技术和需求,为开发者提供更好的开发体验和工具支持。

展望未来,Go团队已经明确了更加以共识和用户数据为驱动的演进机制,保证Go的发展方向与实际需求保持同步。随着可选的工具链遥测功能加入,相信他们能基于更丰富的用户数据做出更正确、更具预见性的正确决策。

我个人依旧坚持我之前的判断:Go将进入或已处于自己的黄金5-10年


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Go 1.22新特性前瞻

本文永久链接 – https://tonybai.com/2023/12/25/go-1-22-foresight

美国时间2023年12月20日,Go官方宣布Go 1.22rc1发布,开启了为期2个多月的、常规的公测之旅,Go 1.22预计将于2024.2月份正式发布!

除了在官网下载Go 1.22rc1版本进行新特性体验之外,我们还可以通过在线的Go Playground选择“Go dev branch”来体验(相比下载安装,在线版本体验会有一些局限):

注:关于Go的多种安装方法,《Go语言第一课》专栏有系统全面的讲解,欢迎订阅阅读。

本文将和大家一起看看Go 1.22都会带来哪些新特性。不过由于目前为时尚早,下面列出的有些变化最终不一定能进入到Go 1.22的最终版本中,所以切记一切变更点要以最终Go 1.22版本发布时为准。

1. 语言变化

Go 1.22的语言特性变化主要是围绕for loop的

1.1 loopvar试验特性转正

Go 1.21版本中,作为试验特性loopvar在Go 1.22中正式转正。如果你还不知道这个特性是啥,我们来看一下下面这个最能说明问题的示例:

// go1.22-foresight/lang/for-range/for_range.go

package main

import (
    "fmt"
    "sync"
)

func main() {
    sl := []int{11, 12, 13, 14, 15}
    var wg sync.WaitGroup
    for i, v := range sl {
        wg.Add(1)
        go func() {
            fmt.Printf("%d : %d\n", i, v)
            wg.Done()
        }()
    }
    wg.Wait()
}

我们分别用Go 1.22rc1和Go 1.21.0来运行上面这段代码:

// 使用go 1.22rc1的运行结果:

$go run for_range.go
4 : 15
1 : 12
0 : 11
3 : 14
2 : 13

// 使用go 1.21.0的运行结果:
$go run for_range.go
4 : 15
4 : 15
4 : 15
4 : 15
4 : 15

之所以存在差异,是因为Go 1.22版本开始,for range语句中声明的循环变量(比如这里的i和v)不再是整个loop一份(loop var per loop),而是每次iteration都会有自己的变量(loop var per-iteration),这样在Go 1.22中,for range中的goroutine启动的闭包函数中捕获的变量是loop var per-iteration,这样才会输出5个不同的索引值和对应的切片值。

注:关于Go 1.22版本之前的for range的坑,《Go语言第一课》专栏有图文并茂的原理讲解,欢迎订阅阅读。

那传统的3-clause的for loop呢?其中的循环变量的语义是否也发生变化了呢?我们看下面示例:

// go1.22-foresight/lang/for-range/classic_for_loop.go

package main

import (
    "fmt"
    "sync"
)

func main() {
    sl := []int{11, 12, 13, 14, 15}
    var wg sync.WaitGroup
    for i := 0; i < len(sl); i++ {
        wg.Add(1)
        go func() {
            v := sl[i]
            fmt.Printf("%d : %d\n", i, v)
            wg.Done()
        }()
    }
    wg.Wait()
}

我们依然分别用Go 1.22rc1和Go 1.21.0版本运行这段代码,得到的结果如下:

// 使用go 1.22rc1的运行结果:

$go run classic_for_loop.go
0 : 11
4 : 15
2 : 13
3 : 14
1 : 12

// 使用go 1.21.0的运行结果:

$go run classic_for_loop.go
panic: runtime error: index out of range [5] with length 5

goroutine 20 [running]:
main.main.func1()
    /Users/tonybai/test/go/go1.22-foresight/lang/for-range/classic_for_loop.go:14 +0xc9
created by main.main in goroutine 1
    /Users/tonybai/test/go/go1.22-foresight/lang/for-range/classic_for_loop.go:13 +0x7f
panic: runtime error: index out of range [5] with length 5

goroutine 19 [running]:
main.main.func1()
    /Users/tonybai/test/go/go1.22-foresight/lang/for-range/classic_for_loop.go:14 +0xc9
created by main.main in goroutine 1
    /Users/tonybai/test/go/go1.22-foresight/lang/for-range/classic_for_loop.go:13 +0x7f
exit status 2

从输出结果来看,3-clause的for语句中声明的循环变量也变成了loop var per-iteration了。

在Go 1.22之前,go vet工具在遇到像上面代码那样在闭包中引用循环变量的情况时会给出警告,但由于Go 1.22的这个语义修正,go vet对于Go 1.22及以后版本(根据go.mod中的指示)的类似Go代码将不再报错。

不过就像Russ Cox在spec: less error-prone loop variable scoping这一issue中提及那样,该特性落地可能会带来不兼容问题,即对存量代码行为的破坏性改变。为此Go团队提供了一个名为bisect的工具,该工具可以检测出存量代码在for loop语义发生变更后是否会导致问题。不过该工具似乎只能与go test一起使用,也就是说你只能对那些被Go测试覆盖到的for loop进行检测。

目前spec: less error-prone loop variable scoping这一issue还处于open状态,也没有放入Go 1.22 milestone中,不知道后续是否还会存在变数!

1.2 range支持整型表达式

在Go 1.22版本中,for range后面的range表达式除了支持传统的像数组、切片、map、channel等表达式外,还支持放置整型表达式,比如下面这个例子:

// lang/range-expr-support-integer/main.go

func main() {
    n := 5
    for i := range n {
        fmt.Println(i)
    }
}

我们知道:for range会在执行伊始对range表达式做一次求值,这里对n求值结果为5。按照新增的for range后接整型表达式的语义,对于整数值n,for range每次迭代值会从0到n-1按递增顺序进行。上面代码中的for range会从0迭代到4(5-1),我们执行一下上述代码就可以印证这一点:

$go run main.go
0
1
2
3
4

如果n <= 0,则循环不运行任何迭代。

这个新语法特性,可以理解为是一种“语法糖”,是下面等价代码的“语法糖”:

for i := 0; i < 5; i++ {
    fmt.Println(i)
}

不过,迭代总是从0开始,似乎限制了该语法糖的使用范围。

1.3 试验特性:range-over-function iterators

在for range支持整型表达式的时候,Go团队也考虑了增加函数迭代器(iterator),不过前者语义清晰,实现简单。后者展现形式、语义和实现都非常复杂,于是在Go 1.22中,函数迭代器以试验特性提供,通过GOEXPERIMENT=rangefunc可以体验该功能特性。

在没有函数迭代器之前,我们实现一个通用的反向迭代切片的函数可能是像这样:

// lang/range-over-function-iterator/backward_iterate_slice_old.go

func Backward(s []E) func(func(int, E) bool) {
    return func(yield func(int, E) bool) {
        for i := len(s)-1; i >= 0; i-- {
            if !yield(i, s[i]) {
                return
            }
        }
        return
    }
}

下面是在Go 1.21.0版本中使用上面Backward函数的方式:

// lang/range-over-function-iterator/backward_iterate_slice_old.go

func main() {
    sl := []string{"hello", "world", "golang"}
    Backward(sl)(func(i int, s string) bool {
        fmt.Printf("%d : %s\n", i, s)
        return true
    })
}

我们用Go 1.21.0运行一下上述示例:

$go run backward_iterate_slice_old.go
2 : golang
1 : world
0 : hello

在以前版本中,这种对切片、数组或map中进行元素迭代的情况在实际开发中非常常见,也比较模式化,但基于目前语法,使用起来非常不便。于是Go团队提出将它们与for range结合在一起的提案。有了range-over-function iterator机制后,我们就可以像下面这样使用Backward泛型函数了:

// lang/range-over-function-iterator/backward_iterate_slice_new.go

func main() {
    sl := []string{"hello", "world", "golang"}
    for i, s := range Backward(sl) {
        fmt.Printf("%d : %s\n", i, s)
    }
}

相比于上面的老版本代码,这也的代码更简洁清晰了,使用Go 1.22rc1的运行结果也与老版本别无二致:

$GOEXPERIMENT=rangefunc  go run backward_iterate_slice_new.go
2 : golang
1 : world
0 : hello

但代价就是要理解什么样原型的函数才能与for range一起使用实现函数迭代,这的确有些复杂,本文就不展开说了,有兴趣的童鞋可以先看看有关range-over-function iterator的wiki先行了解一下。

2. 编译器、运行时与工具链

2.1 继续增强PGO优化

Go 1.20版本引入PGO(profile-guided optimization)后,PGO这种优化技术带来的优化效果就得到了持续的提升:Go 1.20实测性能提升仅为1.05%;Go 1.21版本发布时,官方的数据是2%~7%,而Go 1.21编译器自身在PGO优化过后编译速度提升约6%。

在Go 1.22中,官方给出的数字则是2%~14%,这14%的提升想必是来自Google内部的某个实际案例。

2.2 inline和devirtualize

在Go 1.22中,Go编译器可以更灵活的运用devirtualize和inline对代码进行优化了。

在面向对象的编程中,虚拟函数是一种在运行时动态确定调用的函数。当调用虚拟函数时,编译器通常会为其生成一段额外的代码,用于在运行时确定要调用的具体函数。这种动态调度的机制使得程序可以根据实际对象类型来执行相应的函数,但也带来了一定的性能开销。通过devirtualize优化技术,编译器会尝试在编译时确定调用的具体函数,而不是在运行时进行动态调度。这样可以避免运行时的开销,并允许编译器进行更多的优化

对应到Go来说,就是在编译阶段将使用接口进行的方法调用转换为通过接口的实际类型的实例直接调用该方法

注:我的《Go语言精进之路》一书中有对通过接口调用方法的原理的详尽说明,欢迎阅读。

关于内联优化,今年Austin Clements发起了inline大修项目,对Go编译器中的内联优化过程进行全面调整,目标是在Go 1.22中拥有更有效的、具有启发能力的内联,为后续内联的进一步增强奠定基础。该大修的成果目前以GOEXPERIMENT=newinliner试验特性的形式在Go 1.22中提供。

2.3 运行时

运行时的变化主要还是来自GC

Go 1.22中,运行时会将基于类型的垃圾回收的元数据放在每个堆对象附近,从而可以将Go程序的CPU性能提高1-3%。同时,通过减少重复的元数据的优化,内存开销也将降低约1%。不确定减少重复元数据(metadata)这一优化是否来自对unique包的讨论

2.4 工具链

在Go工具链改善方面,首当其冲的要数go module相关工具了。

在Go 1.22中,go work增加了一个与go mod一致的特性:支持vendor。通过go work vendor,可以将workspace中的依赖放到vendor目录下,同时在构建时,如果module root下有vendor目录,那么默认的构建是go build -mod=vendor,即基于vendor的构建。

go mod init在Go 1.22中将不再考虑GOPATH时代的包依赖工具的配置文件了,比如Gopkg.lock。在Go 1.22版本之前,如果go module之前使用的是类似dep这样的工具来管理包依赖,go mod init会尝试读取dep配置文件来生成go.mod。

go vet工具取消了对loop变量引用的警告,增加了对空append的行为的警告(比如:slice = append(slice))、增加了deferring time.Since的警告以及在log/slog包的方法调用时key-value pair不匹配的警告。

3. 标准库

最后,我们来看看标准库的变化。每次Go发布新版本,标准库都是占更新的大头儿,这里无法将所有变更点一一讲解,仅说说几个重要的变更点。

3.1 增强http.ServerMux表达能力

Go内置电池,从诞生伊始就内置了强大的http库,不过长期以来http原生的ServeMux表达能力比较单一,不支持通配符等,这也是Go社区长期以来一直使用像gorilla/muxhttprouter等第三方路由库的原因。

今年log/slog的作者Jonathan Amsterdam又创建了新的提案:net/http: enhanced ServeMux routing,提高http.ServeMux的表达能力。在新提案中,新的ServeMux将支持如下路由策略(来自http.ServeMux的官方文档):

  • “/index.html”路由将匹配任何主机和方法的路径”/index.html”;
  • “GET /static/”将匹配路径以”/static/”开头的GET请求;
  • “example.com/”可以与任何指向主机为”example.com”的请求匹配;
  • “example.com/{$}”会匹配主机为”example.com”、路径为”/”的请求,即”example.com/”;
  • “/b/{bucket}/o/{objectname…}”匹配第一段为”b”、第三段为”o”的路径。名称”bucket”表示第二段,”objectname”表示路径的其余部分。

下面就是基于上面的规则编写的示例代码:

// lib/servemux/main.go

func main() {
    mux := http.NewServeMux()
    mux.HandleFunc("/index.html", func(w http.ResponseWriter, req *http.Request) {
        fmt.Fprintln(w, `match /index.html`)
    })
    mux.HandleFunc("GET /static/", func(w http.ResponseWriter, req *http.Request) {
        fmt.Fprintln(w, `match "GET /static/"`)
    })
    mux.HandleFunc("example.com/", func(w http.ResponseWriter, req *http.Request) {
        fmt.Fprintln(w, `match "example.com/"`)
    })
    mux.HandleFunc("example.com/{$}", func(w http.ResponseWriter, req *http.Request) {
        fmt.Fprintln(w, `match "example.com/{$}"`)
    })
    mux.HandleFunc("/b/{bucket}/o/{objectname...}", func(w http.ResponseWriter, req *http.Request) {
        bucket := req.PathValue("bucket")
        objectname := req.PathValue("objectname")
        fmt.Fprintln(w, `match /b/{bucket}/o/{objectname...}`+":"+"bucket="+bucket+",objectname="+objectname)
    })

    http.ListenAndServe(":8080", mux)
}

我们使用curl对上述示例进行一个测试(前提是在/etc/hosts中设置example.com为127.0.0.1):

$curl localhost:8080/index.html
match /index.html

$curl example.com:8080/static/abc
match "example.com/"

$curl localhost:8080/static/abc
match "GET /static/"

$curl example.com:8080/
match "example.com/{$}"

$curl example.com:8080/b/mybucket/o/myobject/tonybai
match "example.com/"

$curl localhost:8080/b/mybucket/o/myobject/tonybai
match /b/{bucket}/o/{objectname...}:bucket=mybucket,objectname=myobject/tonybai

从测试情况来看,不同路由设置之间存在交集,这就需要路由匹配优先级规则。新版Go ServeMux规定:如果一个请求有两个或两个以上的模式匹配,则更具体(specific)的模式优先。如果P1符合P2请求的严格子集,也就是说,如果P2符合P1及更多的所有请求,那么P1就比P2更具体。

举个例子:”/images/thumbnails/”比”/images/”更具体,因此两者都可以注册。前者匹配以”/images/thumbnails/”开头的路径,后者则匹配”/images/”子树中的任何其他路径。

如果两者都不更具体,那么模式就会发生冲突。为了向后兼容,这一规则有一个例外:如果两个模式发生冲突,而其中一个模式有主机(host),另一个没有,那么有主机的模式优先(比如上面测试中的第二次curl执行)。如果通过ServeMux.Handle或ServeMux.HandleFunc设置的模式与另一个已注册的模式发生冲突,这些函数就会panic。

增强后的ServeMux可能会影响向后兼容性,使用GODEBUG=httpmuxgo121=1可以保留原先的ServeMux行为。

3.2 增加math/rand/v2包

在日常开发中,我们多会在生成随机数的场景下使用math/rand包,其他时候使用的较少。但Go 1.22中新增了math/rand/v2包,我之所以将这个列为Go 1.22版本标准库的一次重要变化,是因为这是标准库第一次为某个包建立v2版本包,按照Russ Cox的说法,这次v2包的创建,为标准库中的其他可能的v2包树立了榜样。创建math/rand/v2可以使Go团队能够在一个相对不常用且风险较低的包中解决工具问题(如gopls、goimports等对v2包的支持),然后再转向更常用、风险更高的包,如sync/v2或encoding/json/v2等。

新增rand/v2包的直接原因是清理math/rand并修复其中许多悬而未决的问题,特别是使用过时的生成器、慢速算法以及与crypto/rand冲突的问题,这里就不针对v2包举具体的示例了,对该包感兴趣的同学可以自行阅读该包的在线文档,并探索如何使用v2包。

同时,该提案也为标准库中的v2包的创建建立了一种模式,即v2包是原始包的子目录,并且以原始包的API为起点,每个偏离点都要有明确的理由。

想当初,go module刚落地到Go中时,Go module支持两种识别major的两种方式,一种是通过branch或tag号来识别,另外一种就是利用vN目录来定义新包。当时还不是很理解为什么要有vN目录这种方式,现在从math/rand/v2包的增加来看,足以体现出当初module设计时的前瞻性考量了。

3.3 大修Go execution tracer

Go Execution Tracer是解决Go应用性能方面“疑难杂症”的杀手锏级工具,它可以提供Go程序在一段时间内发生的情况的即时视图。这些信息对于了解程序随时间推移的行为非常宝贵,可辅助开发人员对应用进行性能改进。我曾在《通过实例理解Go Execution Tracer》中对其做过系统的说明。

不过当前版本的Go Execution Tracer在原理和使用方面还存在诸多问题,Google的Michael Knyszek在年初发起了Execution tracer overhaul的提案,旨在对Go Execution Tracer进行改进,使Go Execution Tracer可扩展到大型Go部署的Go执行跟踪。具体目标如下:

  • 使跟踪解析所需的内存占用量仅为当前的一小部分。
  • 支持可流式传输的跟踪,以便在无需存储的情况下进行分析。
  • 实现部分自描述的跟踪,以减少跟踪消费者的升级负担。
  • 修复长期存在的错误,并提供一条清理实现的路径。

在近一年的时间里,Knyszek与Felix Geisendorfer、Nick Ripley、Michael Pratt等一起实现了该提案的目标。

鉴于篇幅,这里就不对新版Tracer的使用做展开说明,有兴趣的童鞋可结合《通过实例理解Go Execution Tracer》中的使用方法自行体验新版Tracer。

注:新版Tracer的设计文档 – https://go.googlesource.com/proposal/+/ac09a140c3d26f8bb62cbad8969c8b154f93ead6/design/60773-execution-tracer-overhaul.md

3.4 其他

Go 1.4版本以来,syscall包新特性就已经被冻结,并在Go 1.11版本中被标记为不推荐使用(deprecate)。Go团队推荐gopher使用golang.org/x/sys/unix或golang.org/x/sys/windows。syscall包的大多数功能都能被golang.org/x/sys包替代,除了下面这几个:

syscall.SysProcAttr(类型os/exec.Cmd.SysProcAttr)
syscall.Signal(参考文献os.Signal)
syscall.WaitStatus(参考文献os.(*ProcessState).Sys)
syscall.Stat_t
... ...

由于syscall包已经弃用,IDE等工具在开发人员使用上述内容时总是得到警告!这引发了众多开发人员的抱怨。为此,在Go 1.22版本中,syscall取消了弃用状态,但其功能特性依旧保持冻结,不再添加新特性。

  • TCPConn to UnixConn:支持zerocopy

gnet作者Andy Pan的提案:TCPConn to UnixConn:支持zerocopy在Go 1.22落地,具体内容可以看一下原始提案issue

  • 新增go/version包

在Go 1.21版本发布后,Go团队对Go语言的版本规则做了调整,并明确了Go语言的向前兼容性和toolchain规则,Go 1.22中增加go/version包实现了按照上述版本规则的Go version判断,这个包既用于go工具链,也可以用于Gopher自行开发的工具中。

4. 小结

Go 1.22版本具有至少两点重要的里程碑意义:

  • 通过对loopvar语义的修正,开启了Go已有“语法坑”的fix之路
  • 通过math/rand/v2包树立了Go标准库建立vN版本的模式

“语法坑”fix是否能得到社区正向反馈还是一个未知数,其导致的兼容性问题势必会成为Go社区在升级到Go 1.22版本的重要考虑因素,即便决定升级到Go 1.22,严格的代码审查和测试也是必不可少的。

最后,感谢Go团队以及所有Go 1.22贡献者做出的伟大工作!

文本涉及的源码可以在这里下载。

5. 参考资料

-Go 1.22 Milestone – https://github.com/golang/go/milestone/298


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