Tony Bai - 一个程序员的心路历程

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大家好，我是Tony Bai。

在社区长达数年的热切期盼之后，Go 官方终于迈出了支持 HTTP/3 的关键一步。一项编号为#70914的新提案，正式建议在 x/net/http3 中添加一个实验性的 HTTP/3 实现。这一进展建立在另一项更基础的提案 #58547(x/net/quic) 之上，该提案的实现已取得重大进展，并已从内部包移至公开的 x/net/quic。这意味着 Go 的网络栈即将迎来一次基于 UDP 的、彻底的现代化升级。本文将带您回顾 Go 社区对 HTTP/3 的漫长期待，深入解读官方 QUIC 和 HTTP/3 的实现策略，并探讨其对未来 Go 网络编程的深远影响。

一场长达五年的等待

对 HTTP/3 的支持，可以说是 Go 社区近年来呼声最高的功能之一。早在 2019 年，issue #32204 就被创建，用于追踪在标准库中支持 HTTP/3 的进展。在随后的五年里，随着 Chrome、Firefox 等主流浏览器以及 Cloudflare 等基础设施提供商纷纷拥抱 HTTP/3，社区的期待也日益高涨。

在此期间，由 Marten Seemann 维护的第三方库 quic-go 成为了 Go 生态中事实上的标准，为 Caddy 等项目提供了生产级的 QUIC 和 HTTP/3 支持。然而，许多开发者仍然期盼一个“电池内置”的官方解决方案，以保证与 Go 标准库（特别是 net/http 和 crypto/tls）的最佳集成和长期维护。

Go 团队对此一直持谨慎态度，主要原因在于：

协议稳定性：在 QUIC 和 HTTP/3 的 IETF 标准（RFC 9000 和 RFC 9114）正式发布前，过早投入实现可能会面临巨大的变更成本。
API 设计复杂性：QUIC 协议引入了连接、流、0-RTT 等新概念，其 API 设计需要与现有的 net.Conn 和 net.Listener 体系进行权衡，这是一个巨大的挑战。
实现难度巨大：一个高性能、安全的 QUIC 协议栈，涉及复杂的流量控制、拥塞控制、丢包恢复等机制，其实现工作量远超 HTTP/2。

两步走战略：先 QUIC，后 HTTP/3

现在，随着协议的标准化和 crypto/tls 中 QUIC 支持的落地，Go 团队终于启动了官方的实现计划，并采取了清晰的“两步走”战略。

第一步：构建 QUIC 基础 (x/net/quic)

提案 #58547 旨在 golang.org/x/net/quic 中提供一个 QUIC 协议的实现。这是支持 HTTP/3 的必要前提。经过一段时间的开发，该包的实现已取得重大进展。

Go 团队的核心成员 neild 最近宣布，该 QUIC 实现已从内部包 (internal/quic) 移至公开的 x/net/quic，虽然仍处于实验阶段且 API 可能变化，但这标志着它已足够成熟，可以供社区“尝鲜”和提供反馈。

x/net/quic 的核心 API 概念：

Endpoint (原 Listener): 在一个网络地址上监听 QUIC 流量。
Conn: 代表一个客户端和服务器之间的 QUIC 连接，可以承载多个流。
Stream: 一个有序、可靠的字节流，类似于一个 TCP 连接。

// 客户端发起连接
conn, err := quic.Dial(ctx, "udp", "127.0.0.1:8000", &quic.Config{})

// 服务器接受连接
endpoint, err := quic.Listen("udp", "127.0.0.1:8000", &quic.Config{})
conn, err := endpoint.Accept(ctx)

// 在连接上创建和接受流
stream, err := conn.NewStream(ctx)
stream, err := conn.AcceptStream(ctx)

// 对流进行读写操作
n, err = stream.Read(buf)
n, err = stream.Write(buf)
stream.Close()

值得注意的是，官方实现并未直接采用 quic-go 的代码，rsc 在讨论中解释了原因，包括 API 设计理念的差异、代码风格、测试框架依赖以及从零开始实现可能更易于维护等。

第二步：实现 HTTP/3 (x/net/http3)

在 x/net/quic 的基础上，提案 #70914 正式启动了 x/net/http3 的开发。与 QUIC 一样，它将首先在内部包 (x/net/internal/http3) 中进行开发，待 API 稳定后再移至公开包，并提交最终的 API 审查提案。

从 gopherbot 自动发布的 CL（代码变更）列表中，我们可以看到 HTTP/3 的实现正在紧锣密鼓地进行中，涵盖了 QPACK（HTTP/3 的头部压缩算法）、Transport、Server、请求/响应体传输等核心组件。

对 Go 网络编程的深远影响

官方 QUIC 和 HTTP/3 的到来，将为 Go 开发者带来革命性的变化：

透明的协议升级：可以预见，未来的 net/http 包将能够像当年无缝支持 HTTP/2 一样，透明地支持 HTTP/3。开发者可能无需修改现有代码，http.Get(“https://example.com/”) 就可能自动通过 UDP 下的 QUIC 协议执行，正如 ianlancetaylor 在讨论中确认的那样。
解决队头阻塞 (Head-of-Line Blocking)：HTTP/3 最大的优势之一是解决了 TCP 队头阻塞问题。对于需要处理大量并发请求的 Go 微服务，这意味着更低的延迟和更高的吞吐量，尤其是在网络不稳定的情况下。
更快的连接建立：QUIC 支持 0-RTT 连接建立，对于需要频繁建立新连接的应用场景，可以显著降低握手延迟。
原生多路复用传输层：QUIC 本身就是一个多路复用的传输协议。虽然提案的初期重点是支持 HTTP/3，但一个标准化的 QUIC API 将为 gRPC over QUIC、WebTransport 以及其他需要多流、低延迟通信的自定义协议打开大门。

终极形态——当 QUIC 走进 Linux 内核

尽管 x/net/quic 的开发标志着 Go 官方在用户空间迈出了重要一步，但关于 QUIC 协议的终极愿景，则指向了更深的层次：Linux 内核原生支持。最近，由 Xin Long 提交的一系列补丁，首次将内核态 QUIC 的实现提上了 mainline 的议程。

为什么要将 QUIC 移入内核？

将 QUIC 从用户空间库（如 x/net/quic 或 quic-go）下沉到内核，主要有以下几个核心动机：

极致的性能潜力：内核实现能够充分利用现代网络硬件的协议卸载（protocol offload）能力，例如 GSO/GRO (Generic Segmentation/Receive Offload)。这将极大地降低 CPU 在处理大量小型 UDP 包时的开销，释放出用户空间实现难以企及的性能潜力。
更广泛的可用性：一旦 QUIC 成为内核支持的协议（如 IPPROTO_QUIC），任何应用程序都可以像使用 TCP 或 UDP 一样，通过标准的 socket() 系统调用来使用它，而无需绑定到任何特定的用户空间库。
统一的生态系统：内核级别的支持将极大地促进生态系统的发展。Samba、NFS 甚至 curl 等项目已经表现出对内核态 QUIC 的浓厚兴趣。对于 Go 开发者而言，这意味着未来不仅是 net/http，甚至标准库的其他部分或底层系统调用，都可能从 QUIC 中受益。

当前的实现与挑战

Xin Long 的补丁集展示了一个高度集成化的设计：

熟悉的 Sockets API：开发者将能够使用 socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_QUIC) 这样的调用来创建一个 QUIC 套接字，并继续使用 bind(), connect(), listen(), accept() 等熟悉的 API。
用户空间 TLS 握手：与内核 TLS (KTLS) 的设计类似，复杂的 TLS 握手和证书验证逻辑仍然被委托给用户空间处理。一旦握手完成，内核将接管加密和解密的数据流。
性能仍在优化：初步的基准测试显示，当前的内核实现性能尚不及 KTLS 甚至原生 TCP。这主要是由于缺少硬件卸载支持、额外的内存拷贝以及 QUIC 头部加密的开销。但随着实现的成熟和硬件厂商的跟进，这一差距有望迅速缩小。

不过，预计内核态 QUIC 的合入可能要到 2026 年甚至更晚。

小结：Go 网络生态的下一座里程碑

尽管距离在 Go 标准库中稳定地使用 http.Server{…}.ListenAndServeQUIC() 可能还有一段时间，但 x/net/quic 的公开和 x/net/http3 提案的启动，标志着 Go 官方已经吹响了向下一代网络协议进军的号角。

对于 Go 社区而言，这是一个令人振奋的信号。它不仅回应了开发者们长久以来的期待，也确保了 Go 在未来依然是构建高性能、现代化网络服务的首选语言。我们期待着 x/net/http3 的成熟，并最终看到它被无缝地集成到 net/http 标准库中，为所有 Go 开发者带来更快、更可靠的网络体验。

参考资料

https://github.com/golang/go/issues/70914
https://github.com/golang/go/issues/58547
https://github.com/golang/go/issues/32204
https://lwn.net/Articles/1029851/

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本文永久链接 – https://tonybai.com/2025/08/01/proposal-purego

大家好，我是Tony Bai。

对于许多 Go 开发者来说，purego 构建标签一直是一个模糊的存在。它到底意味着“没有 Cgo”、“没有 unsafe”，还是“没有汇编”？这个问题的答案在社区中众说纷纭，甚至连标准库中的使用也不尽统一。最近，一项历时六年、编号为#23172 的提案终于尘埃落定，Go 团队正式接受 (accepted) 了关于 purego 含义的共识。本文将带大家一起回顾这场漫长而精彩的社区辩论，深入探讨其背后的技术权衡，并阐明这个小小的标签对于 Go 的跨实现（如 TinyGo）和可移植性生态的深远意义。

背景：一个模糊的约定

purego 标签的诞生，源于 Go 生态系统日益增长的多样性。除了官方的 gc 编译器，还涌现出了 GopherJS、TinyGo、gccgo 等多种 Go 实现。在这些非标准环境中，对 unsafe 包的指针操作、Cgo 的支持以及 Go 汇编的兼容性各不相同。

最初，protobuf 等库为了兼容Google App Engine 等不允许 unsafe 的环境，开始使用 safe 标签。这个概念逐渐演变为 purego，但其确切含义从未被正式定义。这导致了混乱：

有人认为 purego 意味着完全的内存安全，即禁止 unsafe 包。
有人认为它意味着纯粹的 Go 代码，即禁止 cgo 和汇编。
还有人认为它应该是一个包罗万象的标签，同时禁止 unsafe、cgo 和汇编。

这种模糊性给库作者和不同 Go 实现的维护者带来了困扰。

辩论的焦点：一个标签，多重含义的冲突

提案的讨论过程充满了精彩的技术思辨，核心矛盾在于试图用一个标签来承载多个正交（orthogonal）的概念：

noasm vs. nounsafe vs. nocgo：来自 TinyGo 团队的开发者明确指出，TinyGo 支持 unsafe 和 cgo，但不支持 Go 汇编。如果 purego 同时禁止这三者，那么 TinyGo 将被迫禁用它本可以支持的功能。!cgo 标签已经很好地解决了 Cgo 的问题，因此将 cgo 捆绑进来显得多余。
unsafe 的多重“不安全”：Go 安全负责人 Filippo Valsorda (@FiloSottile) 进一步指出，unsafe 包本身也包含了不同层次的“不安全”：
- 类型转换（如 unsafe.String）：通常是可移植的。
- linkname：与运行时实现紧密耦合。
- 指针运算：依赖内存布局，是真正的不可移植性的主要来源。
用一个 nounsafe 标签一概而论，过于粗暴，可能会“误伤”许多可移植的 unsafe 用法。
生态现状：seankhliao 通过 GitHub 搜索发现，社区中 //go:build !purego 与 import “unsafe” 的组合（表示非 purego 版本才使用 unsafe）远多于 //go:build purego 与 import “unsafe” 的组合。这表明，社区的主流用法倾向于将 purego 视为不使用 unsafe 和汇编的版本。

达成共识：“完美是优秀的敌人”

在长达数年的讨论后，Filippo Valsorda 的一段评论为这场辩论指明了方向，他主张“不要让完美成为优秀的敌人”：

核心用例：当前最主要的需求来自 TinyGo 和标准库加密包的通用后备代码测试，这两者本质上都需要一个“禁用汇编”的开关。
现有约定：purego 已经是社区和标准库中广泛用于禁用汇编的事实标准。虽然名字不够理想（noasm 会更清晰），但改变一个已广泛使用的约定的成本太高。
重新界定：我们应该停止扩大 purego 的定义，回归其最核心、最被需要的用途。

最终，在 aclements 等核心成员的推动下，社区达成了清晰的共识。

最终决议：purego 意为“无汇编”

Go 团队最终接受 (accepted) 了该提案，并明确了其最终方向：将在 go help buildconstraint 中正式文档化 purego 构建标签的约定：

purego 主要用于禁用汇编代码，从而启用纯 Go 的实现作为后备。
purego 与 cgo 是正交的。是否使用 Cgo 应由 cgo 标签控制。
purego 不常规地影响 unsafe 包的使用。可移植的 unsafe 用法是被允许的。

对 Go 开发者的影响

这个决议对于 Go 生态系统意义重大：

为库作者提供了清晰的指导：当你的库同时包含汇编优化版本和纯 Go 实现版本时，purego 是官方推荐的、用于在两者之间切换的标签。
为 Go 的替代实现铺平了道路：像 TinyGo 这样的编译器现在可以自信地默认设置 purego 标签，从而无缝地使用标准库和第三方库中提供的纯 Go 后备代码，而不用担心会意外地禁用它们所支持的 unsafe 或 cgo 功能。
提升了测试的便利性：开发者可以在拥有汇编优化的平台（如 amd64）上，通过 -tags purego 来方便地测试和调试纯 Go 的实现版本。

结论

purego 标签的标准化之路，是 Go 社区在实践中不断探索、辩论并最终达成务实共识的又一个经典案例。它表明，一个健康的语言生态不仅需要顶层设计，更需要在真实世界的需求碰撞中，不断澄清和完善其约定。通过为 purego 赋予一个清晰、专注的定义，Go 语言再次为其跨平台、跨实现的承诺，奠定了一块坚实的基石。

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