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十分钟入门Go语言

本文永久链接 – https://tonybai.com/2023/02/23/learn-go-in-10-min

本文旨在带大家快速入门Go语言,期望小伙伴们在花费十分钟左右通读全文后能对Go语言有一个初步的认知,为后续进一步深入学习Go奠定基础。

本文假设你完全没有接触过Go,你可能是一名精通其他编程语言的程序员,也可能是毫无编程经验、刚刚想转行为码农的热血青年。

编程简介

编程就是生产可在计算机上执行的程序的过程(如下图)。在这个过程中,程序员是“劳动力”,编程语言是工具,可执行的程序是生产结果。而Go语言就是程序员在编程生产过程中使用的一种优秀生产工具。

作为“劳动力”的程序员在这个过程中要做的就是使用某种编程语言作为生产工具,将事先设计好的执行逻辑组织和表达出来,这与一个作家将其大脑中设计好的故事情节用人类语言组织和书写在纸上的过程颇为类似(如下图)。

通过这个类比来看,学习一门编程语言,就好比学习一门人类语言,其词汇和语法将是我们的主要学习内容,本文就将围绕Go语言的主要“词汇”和语法形式进行快速说明。

Go简介

Go语言是由Google公司的三位大神级程序员Robert Griesemer、Rob Pike和Ken Thompson在2007年共同开发的一种新的后端编程语言,2009年,Go语言宣布开源。

Go语言的特点是简单易学、静态类型、编译速度快,运行效率高,代码简洁,并且原生支持并发编程。它还支持自动内存管理,可以让开发者更加专注于编程本身,而不用担心内存泄漏的问题。此外,Go语言还支持多核处理器,可以更好地利用多核处理器的优势,提高程序的运行效率。

经过十多年的发展,Go语言现在已经成为一种流行的编程语言,它可以用于开发各种应用程序,包括Web应用、网络服务、系统管理工具、移动应用、游戏开发、数据库管理等。Go语言常用于构建大型分布式系统,以及构建高性能的服务器端应用程序。Go为当前的云原生计算时代开发了一批“杀手级”应用,包括Docker、Kubernetes、Prometheus、InfluxDB、Cilium等。

安装Go

Go是静态语言,需要先编译,再执行,因此在开发Go程序之前,我们首先需要安装Go编译器以及相关工具链。安装的步骤很简单:

  • Go官网下载最新版本的Go语言安装包 – https://go.dev/dl/
  • 解压安装包,并将其复制到您想要安装的位置,例如:/usr/local/go;如果是Windows、MacOS平台,也可以下载图形化安装的安装包;
  • 设置环境变量,将Go语言的安装路径添加到PATH变量中;
  • 打开终端,输入go version,检查Go语言是否安装成功。如输出类似下面的内容,则表明安装成功!
$go version
go version go1.20 darwin/amd64

注:位于中国大陆的开发者们还需要一个额外的设置:export GOPROXY=’https://goproxy.cn’或将这个设置置于shell配置文件(比如.bashrc)中并使之生效。

第一个Go程序:Hello World

建立一个新目录,并在其中创建新文件helloworld.go,用任意编辑器打开helloworld.go,输入下面Go源码:

//helloworld.go

package main

import "fmt"

func main() {
    fmt.Println("Hello, World!")
}

Go支持直接运行某个源文件:

$go run helloworld.go
Hello, World!

但通常我们会先编译这个源文件(helloworld.go),生成可执行的二进制程序(./helloworld),然后再运行它:

$go build -o helloworld helloworld.go
$./helloworld
Hello, World!

Go包(package)

Go包是Go语言中的一种封装技术,它可以将一组Go语言源文件组织成一个可重用的单元,以便在其他Go程序中使用。同属于一个Go包的所有源文件放在一个目录下,并且按惯例该目录的名字与包名相同。以Go标准库的io包为例,其包内的源文件列表如下:

// $GOROOT/src/io目录下的文件列表:
io.go
multi.go
pipe.go

Go包也是Go编译的基本单元,Go编译器可以将包编译为可执行文件(如何该包为main包,且包含main函数实现),也可以编译为可重用的库文件(.a)。

包声明

Go包的声明通常是在每个Go源文件的开头,使用关键字package进行声明,例如:

// mypackage.go
package mypackage

... ...

package的名字按惯例通常为全小写的单个单词或缩略词,比如io、net、os、fmt、strconv、bytes等。

导入Go包

如果要复用已有的Go包,我们需要在源码中导入该包。要导入Go包,可以使用import关键字,例如:

import "fmt"                    // 导入标准库的fmt包

import "github.com/spf13/pflag" // 导入spf13开源的pflag包

import _ "net/http/pprof"       // 导入标准库net/http/pprof包,
                                // 但不显式使用该包中的类型、变量、函数等标识符

import myfmt "fmt"              // 将导入的包重命名为myfmt

Go模块

Go模块(module)是Go语言在1.11版本中引入的新特性,Go module是一组相关的Go package的集合,这个包集合被当做一个独立的单元进行统一版本管理。Go module这种新的依赖管理机制可以让开发者更轻松地管理Go语言项目的依赖关系,并且可以更好地支持多版本的依赖管理。在具有实用价值的Go项目中,我们都会使用Go module进行依赖管理。Go module有版本之分,Go module的版本依赖关系是建立在对语义版本(semver)严格遵守的前提下的。

Go使用go.mod文件来精确记录依赖关系要求,下面是go.mod中依赖关系的操作方法:

$go mod init demo // 创建一个module root为demo的go.mod
$go mod init github.com/bigwhite/mymodule // 创建一个module root为github.com/bigwhite/mymodule的go.mod

$go get github.com/bigwhite/foo@latest  // 向go.mod中添加一个依赖包github.com/bigwhite/foo的最新版本
$go get github.com/bigwhite/foo         // 与上面命令等价
$go get github.com/bigwhite/foo@v1.2.3  // 显式指定要获取v1.2.3版本

$go mod tidy   // 自动添加缺失的依赖包和清理不用的依赖包
$go mod verify // 确认所有依赖都有效

Go最小项目结构

Go官方并没有规定Go项目的标准结构布局,下面是Go核心团队技术负责人Russ Cox推荐的Go最小项目结构:

// 在Go项目仓库根路径下

- go.mod
- LICENSE
- README
- xx.go
- yy.go
... ...

// 在Go项目仓库根路径下

- go.mod
- LICENSE
- README
- package1/
    - package1.go
- package2/
    - package2.go
... ...

变量

Go语言有两种变量声明方式:

  • 使用var关键字

使用var关键字进行声明的方式适合所有场合。

var a int     // 声明一个int型变量a,初值为0
var b int = 5 // 声明一个int型变量b,初值为5
var c = 6     // Go会根据右值自动为变量c的赋予默认类型,默认的整型为int

var (         // 我们可以将变量声明统一放置在一个var块中,这与上面的声明方式等价
    a int
    b int = 5
    c = 6
)

注:Go变量声明采用变量在前,类型在后的方式,这与C、C++、Java等静态编程语言有较大不同。

  • 使用短声明方式声明变量
a := 5       // 声明一个变量a,Go会根据右值自动为变量a的赋予默认类型,默认的整型为int
s := "hello" // 声明一个变量s,Go会根据右值自动为变量s的赋予默认类型,默认的字符串类型为string

注:这种声明方式仅限于在函数或方法内使用,不能用于声明包级变量或全局变量。

常量

Go语言的常量使用const关键字进行声明:

const a int       // 声明一个int型常量a,其值为0
const b int = 5   // 声明一个int型常量b,其值为5
const c = 6       // 声明一个常量c,Go会根据右值自动为常量c的赋予默认类型,默认的整型为int
const s = "hello" // 声明一个常量s,Go会根据右值自动为常量s的赋予默认类型,默认的字符串类型为string

const (           // 我们可以将常量声明统一放置在一个const块中,这与上面的声明方式等价
    a int
    b int = 5
    c = 6
    s = "hello"
)

类型

Go原生内置了多种基本类型与复合类型。

基本类型

Go原生支持的基本类型包括布尔型、数值类型(整型、浮点型、复数类型)、字符串类型,下面是一些示例:

bool  // 布尔类型,默认值false

uint     // 架构相关的无符号整型,64位平台上其长度为8字节
int      // 架构相关的有符号整型,64位平台上其长度为8字节
uintptr  // 架构相关的用于表示指针值的类型,它是一个无符号的整数,大到足以存储一个任意类型的指针的值

uint8    // 架构无关的8位无符号整型
uint16   // 架构无关的16位无符号整型
uint32   // 架构无关的32位无符号整型
uint64   // 架构无关的64位无符号整型

int8     // 架构无关的8位有符号整型
int16    // 架构无关的16位有符号整型
int32    // 架构无关的32位有符号整型
int64    // 架构无关的64位有符号整型

byte     // uint8类型的别名
rune     // int32类型的别名,用于表示一个unicode字符(码点)

float32     // 单精度浮点类型,满足IEEE-754规范
float64     // 双精度浮点类型,满足IEEE-754规范

complex64   // 复数类型,其实部和虚部均为float32浮点类型
complex128  // 复数类型,其实部和虚部均为float64浮点类型

string      // 字符串类型,默认值为""

我们可以使用预定义函数complex来构造复数类型,比如:complex(1.0, -1.4)构造的复数为1 – 1.4i。

复合类型

Go原生支持的复合类型包括数组(array)、切片(slice)、结构体(struct)、指针(pointer)、函数(function)、接口(interface)、map、channel。

数组类型

数组类型是一组同构类型元素组成的连续体,它具有固定的长度(length),不能动态伸缩:

[8]int      // 一个元素类型为int、长度为16的数组类型
[32]byte    // 一个元素类型为byte、长度为32的数组类型
[2]string   // 一个元素类型为string、长度为2的数组类型
[N]T        // 一个元素类型为T、长度为N的数组类型

通过预定义函数len可以得到数组的长度:

var a = [8]int{11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18}
println(len(a)) // 8

通过数组下标(从0开始)可以直接访问到数组中的任意元素:

println(a[0]) // 11
println(a[2]) // 13
println(a[7]) // 18

Go支持声明多维数组,即数组的元素类型依然为数组类型:

[2][3][5]float64  // 一个多维数组类型,等价于[2]([3]([5]float64))

切片类型

切片类型与数组类型类似,也是同构类型元素的连续体。不同的是切片类型的长度可变,我们在声明切片类型时无需传入长度属性:

[]int       // 一个元素类型为int的切片类型
[]string    // 一个元素类型为string的切片类型
[]T         // 一个元素类型为T的切片类型
[][][]float64 // 多维切片类型,等价于[]([]([]float64))

通过预定义函数len可以得到切片的当前长度:

var sl = []int{11, 12} // 一个元素类型为int的切片,其长度(len)为2, 其值为[11 12]
println(len(sl)) // 2

切片还有一个属性,那就是容量,通过预定义函数cap可以获得其容量值:

println(cap(sl)) // 2

和数组不同,切片可以动态伸缩,Go会根据元素的数量动态对切片容量进行扩展。我们可以通过append函数向切片追加元素:

sl = append(sl, 13)     // 向sl中追加新元素,操作后sl为[11 12 13]
sl = append(sl, 14)     // 向sl中追加新元素,操作后sl为[11 12 13 14]
sl = append(sl, 15)     // 向sl中追加新元素,操作后sl为[11 12 13 14 15]
println(len(sl), cap(sl)) // 5 8 追加后切片容量自动扩展为8

和数组一样,切片也是使用下标直接访问其中的元素:

println(sl[0]) // 11
println(sl[2]) // 13
println(sl[4]) // 15

结构体类型

Go的结构体类型是一种异构类型字段的聚合体,它提供了一种通用的、对实体对象进行聚合抽象的能力。下面是一个包含三个字段的结构体类型:

struct {
    name string
    age  int
    gender string
}

我们通常会给这样的一个结构体类型起一个名字,比如下面的Person:

type Person struct {
    name string
    age  int
    gender string
}

下面声明了一个Person类型的变量:

var p = Person {
    name: "tony bai",
    age: 20,
    gender: "male",
}

我们可以通过p.FieldName来访问结构体中的字段:

println(p.name) // tony bai
p.age = 21

结构体类型T的定义中可以包含类型为*T的字段成员,但不能递归包含T类型的字段成员:

type T struct {
    ... ...
    p *T    // ok
    t T     // 错误:递归定义
}

Go结构体亦可以在定义中嵌入其他类型:

type F struct {
    ... ...
}

type MyInt int

type T struct {
    MyInt
    F
    ... ...
}

嵌入类型的名字将作为字段名:

var t = T {
    MyInt: 5,
    F: F {
        ... ...
    },
}

println(t.MyInt) // 5

Go支持不包含任何字段的空结构体:

struct{}
type Empty struct{}        // 一个空结构体类型

空结构体类型的大小为0,这在很多场景下很有用(省去了内存分配的开销):

var t = Empty{}
println(unsafe.Sizeof(t)) // 0

指针类型

int类型对应的指针类型为*int,推而广之T类型对应的指针类型为*T。和非指针类型不同,指针类型变量存储的是内存单元的地址,*T指针类型变量的大小与T类型大小无关,而是和系统地址的表示长度有关。

*int     // 一个int指针类型
*[4]byte // 一个[4]byte数组指针类型

var a = 6
var p *T // 声明一个T类型指针变量p,默认值为nil
p = &a   // 用变量a的内存地址给指针变量p赋值
*p = 7   // 指针解引用,通过指针p将变量a的值由6改为7

n := new(int)  // 预定义函数返回一个*int类型指针
arr := new([4]int)  // 使用预定义函数new分配一个[4]int数组并返回一个*[4]int类型指针

map类型

map是Go语言提供的一种抽象数据类型,它表示一组无序的键值对,下面定义了一组map类型:

map[string]int                // 一个key类型为string,value类型为int的map类型
map[*T]struct{ x, y float64 } // 一个key类型为*T,value类型为struct{ x, y float64 }的map类型
map[string]interface{}        // 一个key类型为string,value类型为interface{}的map类型

我们可以用map字面量或make来创建一个map类型实例:

var m = map[string]int{}      // 声明一个map[string]int类型变量并初始化
var m1 = make(map[string]int) // 与上面的声明等价
var m2 = make(map[string]int, 100) // 声明一个map[string]int类型变量并初始化,其初始容量建议为100

操作map变量的方法也很简单:

m["key1"] = 5  // 添加/设置一个键值对
v, ok := m["key1"]  // 获取“key1”这个键的值,如果存在,则其值存储在v中,ok为true
delete(m, "key1") // 从m这个map中删除“key1”这个键以及其对应的值

其他类型

函数、接口、channel类型在后面有详细说明。

自定义类型

使用type关键字可以实现自定义类型:

type T1 int         // 定义一个新类型T1,其底层类型(underlying type)为int
type T2 string      // 定义一个新类型T2,其底层类型为string
type T3 struct{     // 定义一个新类型T3,其底层类型为一个结构体类型
    x, y int
    z string
}
type T4 []float64   // 定义一个新类型T4,其底层类型为[]float64切片类型
type T5 T4          // 定义一个新类型T5,其底层类型为[]float64切片类型

Go也支持为类型定义别名(alias),其形式如下;

type T1 = int       // 定义int的类型别名为T1,T1与int等价
type T2 = string    // 定义string的类型别名为T2,T2与string等价
type T3 = T2        // 定义T的类型别名为T3,T3与T2等价,也与string等价

类型转换

Go不支持隐式自动转型,如果要进行类型转换操作,我们必须显式进行,即便两个类型的底层类型相同也需如此:

type T1 int
type T2 int
var t1 T1
var n int = 5
t1 = T1(n)      // 显式将int类型变量转换为T1类型
var t2 T2
t2 = T2(t1)     // 显式将T1类型变量转换为T2类型

Go很多原生类型支持相互转换:

// 数值类型的相互转换

var a int16 = 16
b := int32(a)
c := uint16(a)
f := float64(a)

// 切片与数组的转换(Go 1.17版本及后续版本支持)

var a [3]int = [3]int([]int{1,2,3}) // 切片转换为数组
var pa *[3]int = (*[3]int)([]int{1,2,3}) // 切片转换为数组指针
sl := a[:] // 数组转换为切片

// 字符串与切片的相互转换

var sl = []byte{'h', 'e','l', 'l', 'o'}
var s = string(sl) // s为hello
var sl1 = []byte(s) // sl1为['h' 'e' 'l' 'l' 'o']
string([]rune{0x767d, 0x9d6c, 0x7fd4})  // []rune切片到string的转换

控制语句

Go提供了常见的控制语句,包括条件分支(if)、循环语句(for)和选择分支语句(switch)。

条件分支语句

// if ...

if a == 1 {
    ... ...
}

// if - else if - else

if a == 1 {

} else if b == 2 {

} else {

}

// 带有条件语句自用变量
if a := 1; a != 0 {

}

// if语句嵌套

if a == 1 {
    if b == 2 {

    } else if c == 3 {

    } else {

    }
}

循环语句

// 经典循环

for i := 0; i < 10; i++ {
    ...
}

// 模拟while ... do

for i < 10 {

}

// 无限循环

for {

}

// for range

var s = "hello"
for i, c := range s {

}

var sl = []int{... ...}
for i, v := range sl {

}

var m = map[string]int{}
for k, v := range m {

}

var c = make(chan int, 100)
for v := range c {

}

选择分支语句

var n = 5
switch n {
    case 0, 1, 2, 3:
        s1()
    case 4, 5, 6, 7:
        s2()
    default: // 默认分支
        s3()
}

switch n {
    case 0, 1:
        fallthrough  // 显式告知执行下面分支的动作
    case 2, 3:
        s1()
    case 4, 5, 6, 7:
        s2()
    default:
        s3()
}

switch x := f(); {
    case x < 0:
        return -x
    default:
        return x
}

switch {
    case x < y:
        f1()
    case x < z:
        f2()
    case x == 4:
        f3()
}

函数

Go使用func关键字来声明一个函数:

func greet(name string) string {
    return fmt.Sprintf("Hello %s", name)
}

函数由函数名、可选的参数列表和返回值列表组成。Go函数支持返回多个返回值,并且我们通常将表示错误值的返回类型放在返回值列表的最后面:

func Atoi(s string) (int, error) {
    ... ...
    return n, nil
}

在Go中函数是一等公民,因此函数自身也可以作为参数或返回值:

func MultiplyN(n int) func(x int) int {
  return func(x int) int {
    return x * n
  }
}

像上面MultiplyN函数中定义的匿名函数func(x int) int,它的实现中引用了它的外围函数MultiplyN的参数n,这样的匿名函数也被称为闭包(closure)

说到函数,我们就不能不提defer。在某函数F调用的前面加上defer,该函数F的执行将被“延后”至其调用者A结束之后:

func F() {
    fmt.Println("call F")
}

func A() {
    fmt.Println("call A")
    defer F()
    fmt.Println("exit A")
}

func main() {
    A()
}

上面示例输出:

call A
exit A
call F

在一个函数中可以多次使用defer:

func B() {
    defer F()
    defer G()
    defer H()
}

被defer修饰的函数将按照“先入后出”的顺序在B函数结束后被调用,上面B函数执行后将输出:

call H
call G
call F

方法

方法是带有receiver的函数。下面是Point类型的一个方法Length:

type Point struct {
    x, y float64
}

func (p Point) Length() float64 {
    return math.Sqrt(p.x * p.x + p.y * p.y)
}

而在func关键字与函数名之间的部分便是receiver。这个receiver也是Length方法与Point类型之间纽带。我们可以通过Point类型变量来调用Length方法:

var p = Point{3,4}
fmt.Println(p.Length())

亦可以将方法当作函数来用:

var p = Point{3,4}
fmt.Println(Point.Length(p)) // 这种用法也被称为方法表达式(method expression)

接口

接口是一组方法的集合,它代表一个“契约”,下面是一个由三个方法组成的方法集合的接口类型:

type MyInterface interface {
    M1(int) int
    M2(string) error
    M3()
}

Go推崇面向接口编程,因为通过接口我们可以很容易构建低耦合的应用。

Go还支持在接口类型(如I)中嵌套其他接口类型(如io.Writer、sync.Locker),其结果就是新接口类型I的方法集合为其方法集合与嵌入的接口类型Writer和Locker的方法集合的并集:

type I interface { // 一个嵌入了其他接口类型的接口类型
   io.Writer
   sync.Locker
}

接口实现

如果一个类型T实现了某个接口类型MyInterface方法集合中的所有方法,那么我们说该类型T实现了接口MyInterface,于是T类型的变量t可以赋值给接口类型MyInterface的变量i,此时变量i的动态类型为T:

var t T
var i MyInterface = t // ok

通过上述变量i可以调用T的方法:

i.M1(5)
i.M2("demo")
i.M3()

方法集合为空的接口类型interface{}被称为“空接口类型”,空白的“契约”意味着任何类型都实现了该空接口类型,即任何变量都可以赋值给interface{}类型的变量:

var i interface{} = 5 // ok
i = "demo"            // ok
i = T{}               // ok
i = &T{}              // ok
i = []T{}             // ok

注:Go 1.18中引入的新预定义标识符any与interface{}是等价类型。

接口的类型断言

Go支持通过类型断言从接口变量中提取其动态类型的值:

v, ok := i.(T) // 类型断言

如果接口变量i的动态类型确为T,那么v将被赋予该动态类型的值,ok为true;否则,v为T类型的零值,ok为false。

类型断言也支持下面这种语法形式:

v := i.(T)

但在这种形式下,一旦接口变量i之前被赋予的值不是T类型的值,那么这个语句将抛出panic。

接口类型的type switch

“type switch”这是一种特殊的switch语句用法,仅用于接口类型变量:

func main() {
    var x interface{} = 13
    switch x.(type) {
    case nil:
        println("x is nil")
    case int:
        println("the type of x is int") // 执行这一分支case
    case string:
        println("the type of x is string")
    case bool:
        println("the type of x is string")
    default:
        println("don't support the type")
    }
}

switch关键字后面跟着的表达式为x.(type),这种表达式形式是switch语句专有的,而且也只能在switch语句中使用。这个表达式中的x必须是一个接口类型变量,表达式的求值结果是这个接口类型变量对应的动态类型。

上述例子中switch后面的表达式也可由x.(type)换成了v := x.(type)。v中将存储变量x的动态类型对应的值信息:

var x interface{} = 13
switch x.(type) {
    case nil:
        println("v is nil")
    case int:
        println("the type of v is int, v =", v) // 执行这一分支case,v = 13
    ... ...
}

泛型

Go从1.18版本开始支持泛型。Go泛型的基本语法是类型参数(type parameter),Go泛型方案的实质是对类型参数的支持,包括:

  • 泛型函数(generic function):带有类型参数的函数;
  • 泛型类型(generic type):带有类型参数的自定义类型;
  • 泛型方法(generic method):泛型类型的方法。

泛型函数

下面是一个泛型函数max的定义:

type ordered interface {
    ~int | ~int8 | ~int16 | ~int32 | ~int64 |
        ~uint | ~uint8 | ~uint16 | ~uint32 | ~uint64 | ~uintptr |
        ~float32 | ~float64 |
        ~string
}

func max[T ordered](sl []T) T {
    ... ...
}

与普通Go函数相比,max函数在函数名称与函数参数列表之间多了一段由方括号括起的代码:[T ordered];max参数列表中的参数类型以及返回值列表中的返回值类型都是T,而不是某个具体的类型。

max函数中多出的[T ordered]就是Go泛型的类型参数列表(type parameters list),示例中这个列表中仅有一个类型参数T,ordered为类型参数的类型约束(type constraint)。

我们可以像普通函数一样调用泛型函数,我们可以显式指定类型实参:

var m int = max[int]([]int{1, 2, -4, -6, 7, 0})  // 显式指定类型实参为int
fmt.Println(m) // 输出:7

Go也支持自动推断出类型实参:

var m int = max([]int{1, 2, -4, -6, 7, 0}) // 自动推断T为int
fmt.Println(m) // 输出:7

泛型类型

所谓泛型类型,就是在类型声明中带有类型参数的Go类型:

type Set[T comparable] map[T]string

type element[T any] struct {
    next *element[T]
    val  T
}

type Map[K, V any] struct {
  root    *node[K, V]
  compare func(K, K) int
}

以泛型类型Set为例,其使用方法如下:

var s = Set[string]{}
s["key1"] = "value1"
println(s["key1"]) // value1

泛型方法

Go类型可以拥有自己的方法(method),泛型类型也不例外,为泛型类型定义的方法称为泛型方法(generic method)。

type Set[T comparable] map[T]string

func (s Set[T]) Insert(key T, val string) {
    s[key] = val
}

func (s Set[T]) Get(key T) (string, error) {
    val, ok := s[key]
    if !ok {
        return "", errors.New("not found")
    }
    return val, nil
}

func main() {
    var s = Set[string]{
        "key": "value1",
    }
    s.Insert("key2", "value2")
    v, err := s.Get("key2")
    fmt.Println(v, err) // value2 <nil>
}

类型约束

Go通过类型约束(constraint)对泛型函数的类型参数以及泛型函数中的实现代码设置限制。Go使用扩展语法后的interface类型来定义约束。

下面是使用常规接口类型作为约束的例子:

type Stringer interface {
    String() string
}

func Stringify[T fmt.Stringer](s []T) (ret []string) { // 通过Stringer约束了T的实参只能是实现了Stringer接口的类型
    for _, v := range s {
        ret = append(ret, v.String())
    }
    return ret
}

Go接口类型声明语法做了扩展,支持在接口类型中放入类型元素(type element)信息:

type ordered interface {
    ~int | ~int8 | ~int16 | ~int32 | ~int64 |
        ~uint | ~uint8 | ~uint16 | ~uint32 | ~uint64 | ~uintptr |
        ~float32 | ~float64 | ~string
}

func Less[T ordered](a, b T) bool {
    return a < b
}

type Person struct {
    name string
    age  int
}

func main() {
    println(Less(1, 2)) // true
    println(Less(Person{"tony", 11}, Person{"tom", 23})) // Person不满足ordered的约束,会导致编译错误
}

并发

Go语言原生支持并发,Go并没有使用操作系统线程作为并发的基本执行单元,而是实现了goroutine这一由Go运行时(runtime)负责调度的、轻量的用户级线程,为并发程序设计提供原生支持。

goroutine

通过go关键字+函数/方法的方式,我们便可以创建一个goroutine。创建后,新goroutine将拥有独立的代码执行流,并与创建它的goroutine一起被Go运行时调度。

go fmt.Println("I am a goroutine")

// $GOROOT/src/net/http/server.go
c := srv.newConn(rw)
go c.serve(connCtx)

goroutine的执行函数返回后,goroutine便退出。如果是主goroutine(执行main.main的goroutine)退出,那么整个Go应用进程将会退出,程序生命周期结束。

channel

Go提供了原生的用于goroutine之间通信的机制channel,channel的定义与操作方式如下:

// channel类型
chan T          // 一个元素类型为T的channel类型
chan<- float64  // 一个元素类型为float64的只发送channel类型
<-chan int      // 一个元素类型为int的只接收channel类型

var c chan int             // 声明一个元素类型为int的channel类型的变量,初值为nil
c1 := make(chan int)       // 声明一个元素类型为int的无缓冲的channel类型的变量
c2 := make(chan int, 100)  // 声明一个元素类型为int的带缓冲的channel类型的变量,缓冲大小为100
close(c)                   // 关闭一个channel

下面是两个goroutine基于channel通信的例子:

func main() {
    var c = make(chan int)
    go func(a, b int) {
        c <- a + b
    }(3,4)
    println(<-c) // 7
}

当涉及同时对多个channel进行操作时,Go提供了select机制。通过select,我们可以同时在多个channel上进行发送/接收操作:

select {
case x := <-ch1:     // 从channel ch1接收数据
  ... ...

case y, ok := <-ch2: // 从channel ch2接收数据,并根据ok值判断ch2是否已经关闭
  ... ...

case ch3 <- z:       // 将z值发送到channel ch3中:
  ... ...

default:             // 当上面case中的channel通信均无法实施时,执行该默认分支
}

错误处理

Go提供了简单的、基于错误值比较的错误处理机制,这种机制让每个开发人员必须显式地去关注和处理每个错误。

error类型

Go用error这个接口类型表示错误,并且按惯例,我们通常将error类型返回值放在返回值列表的末尾。

// $GOROOT/src/builtin/builtin.go
type error interface {
    Error() string
}

任何实现了error的Error方法的类型的实例,都可以作为错误值赋值给error接口变量。

Go提供了便捷的构造错误值的方法:

err := errors.New("your first demo error")
errWithCtx = fmt.Errorf("index %d is out of bounds", i)

错误处理形式

Go最常见的错误处理形式如下:

err := doSomething()
if err != nil {
    ... ...
    return err
}

通常我们会定义一些“哨兵”错误值来辅助错误处理方检视(inspect)错误值并做出错误处理分支的决策:

// $GOROOT/src/bufio/bufio.go
var (
    ErrInvalidUnreadByte = errors.New("bufio: invalid use of UnreadByte")
    ErrInvalidUnreadRune = errors.New("bufio: invalid use of UnreadRune")
    ErrBufferFull        = errors.New("bufio: buffer full")
    ErrNegativeCount     = errors.New("bufio: negative count")
)

func doSomething() {
    ... ...
    data, err := b.Peek(1)
    if err != nil {
        switch err {
        case bufio.ErrNegativeCount:
            // ... ...
            return
        case bufio.ErrBufferFull:
            // ... ...
            return
        case bufio.ErrInvalidUnreadByte:
            // ... ...
            return
        default:
            // ... ...
            return
        }
    }
    ... ...
}

Is和As

从Go 1.13版本开始,标准库errors包提供了Is函数用于错误处理方对错误值的检视。Is函数类似于把一个error类型变量与“哨兵”错误值进行比较:

// 类似 if err == ErrOutOfBounds{ … }
if errors.Is(err, ErrOutOfBounds) {
    // 越界的错误处理
}

不同的是,如果error类型变量的底层错误值是一个包装错误(Wrapped Error),errors.Is方法会沿着该包装错误所在错误链(Error Chain),与链上所有被包装的错误(Wrapped Error)进行比较,直至找到一个匹配的错误为止。

标准库errors包还提供了As函数给错误处理方检视错误值。As函数类似于通过类型断言判断一个error类型变量是否为特定的自定义错误类型:

// 类似 if e, ok := err.(*MyError); ok { … }
var e *MyError
if errors.As(err, &e) {
    // 如果err类型为*MyError,变量e将被设置为对应的错误值
}

如果error类型变量的动态错误值是一个包装错误,errors.As函数会沿着该包装错误所在错误链,与链上所有被包装的错误的类型进行比较,直至找到一个匹配的错误类型,就像errors.Is函数那样。

小结

读到这里,你已经对Go语言有了入门级的认知,但要想成为一名Gopher(对Go开发人员的称呼),还需要更进一步的学习与实践。我的极客时间专栏《Go语言第一课》是一个很好的起点,欢迎大家订阅学习^_^。

BTW,本文部分内容由ChatGPT生成!你能猜到是哪些部分吗^_^。


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Go 1.20中值得关注的几个变化

本文永久链接 – https://tonybai.com/2023/02/08/some-changes-in-go-1-20

美国时间2023年2月1日,唯一尚未退休的Go语言之父Robert Griesemer代表Go核心开发团队在Go官博撰文正式发布了Go 1.20版本。就像Russ Cox在2022 GopherCon大会所说的那样:Go2永不会到来,Go 1.x.y将无限延续

注:似乎新兴编程语言都喜欢停留在1.x.y上无限延续,譬如已经演化到1.67版本的Rust^_^。

《Go,13周年》之后,Go 1.20新特性在开发主干冻结(2022.11)之前,我曾写过一篇《Go 1.20新特性前瞻》,对照着Go 1.20 milestone中内容,把我认为的主要特性和大家简单过了一遍,不过那时Go 1.20毕竟没有正式发布,前瞻肯定不够全面,某些具体的点与正式版本可能也有差异!现在Go 1.20版本正式发布了,其Release Notes也补充完整了,在这一篇中,我再来系统说说Go 1.20版本中值得关注的那些变化。对于在前瞻一文中详细介绍过的特性,这里不会再重复讲解了,大家参考前瞻一文中的内容即可。而对于其他一些特性,或是前瞻一文中着墨不多的特性,这里会挑重点展开说说。

按照惯例,我们依旧首先来看看Go语法层面都有哪些变化,这可能也是多数Gopher们最为关注的变化点。

一. 语法变化

Go秉持“大道至简”的理念,对Go语法特性向来是“不与时俱进”的。自从Go 1.18大刀阔斧的加入了泛型特性后,Go语法特性就又恢复到了之前的“新三年旧三年,缝缝补补又三年”的节奏。Go 1.20亦是如此啊!Release Notes说Go 1.20版本在语言方面包含了四点变化,但看了变化的内容后,我觉得真正的变化只有一个,其他的都是修修补补。

1. 切片到数组的转换

唯一算是真语法变化的特性是支持切片类型到数组类型(或数组类型的指针)的类型转换,这个特性在前瞻一文中系统讲过,这里就不赘述了,放个例子大家直观认知一下就可以了:

// https://github.com/bigwhite/experiments/blob/master/go1.20-examples/lang/slice2arr.go

func slice2arrOK() {
    var sl = []int{1, 2, 3, 4, 5, 6, 7}
    var arr = [7]int(sl)
    var parr = (*[7]int)(sl)
    fmt.Println(sl)  // [1 2 3 4 5 6 7]
    fmt.Println(arr) // [1 2 3 4 5 6 7]
    sl[0] = 11
    fmt.Println(arr)  // [1 2 3 4 5 6 7]
    fmt.Println(parr) // &[11 2 3 4 5 6 7]
}

func slice2arrPanic() {
    var sl = []int{1, 2, 3, 4, 5, 6, 7}
    fmt.Println(sl)
    var arr = [8]int(sl) // panic: runtime error: cannot convert slice with length 7 to array or pointer to array with leng  th 8
    fmt.Println(arr)     // &[11 2 3 4 5 6 7]

}

func main() {
    slice2arrOK()
    slice2arrPanic()
}

有两点注意一下就好:

  • 切片转换为数组类型的指针,那么该指针将指向切片的底层数组,就如同上面例子中slice2arrOK的parr变量那样;
  • 转换的数组类型的长度不能大于原切片的长度(注意是长度而不是切片的容量哦),否则在运行时会抛出panic。

2. 其他的修修补补

  • comparable“放宽”了对泛型实参的限制

下面代码在Go 1.20版本之前,比如Go 1.19版本中会无法通过编译:

// https://github.com/bigwhite/experiments/blob/master/go1.20-examples/lang/comparable.go

func doSth[T comparable](t T) {
}

func main() {
    n := 2
    var i interface{} = n // 编译错误:interface{} does not implement comparable
    doSth(i)
}

之前,comparable约束下的泛型形参需要支持严格可比较(strictly comparable)的类型作为泛型实参,哪些是严格可比较的类型呢?Go 1.20的语法规范做出了进一步澄清:如果一个类型是可比较的,且不是接口类型或由接口类型组成的类型,那么这个类型就是严格可比较的类型,包括:

- 布尔型、数值类型、字符串类型、指针类型和channel是严格可比较的。
- 如果结构体类型的所有字段的类型都是严格可比较的,那么该结构体类型就是严格可比较的。
- 如果数组元素的类型是严格可比较的,那么该数组类型就是严格可比较的。
- 如果类型形参的类型集合中的所有类型都是严格可比较的,那么该类型形参就是严格可比较的。

我们看到:例外的就是接口类型了。接口类型不是“严格可比较的(strictly comparable)”,但未作为类型形参的接口类型是可比较的(comparable),如果两个接口类型的动态类型相同且值相等,那么这两个接口类型就相等,或两个接口类型的值均为nil,它们也相等,否则不等。

Go 1.19版本及之前,作为非严格比较类型的接口类型是不能作为comparable约束的类型形参的类型实参的,就像上面comparable.go中示例代码那样,但Go 1.20版本开始,这一要求被防控,接口类型被允许作为类型实参赋值给comparable约束的类型形参了!不过这么做之前,你也要明确一点,如果像下面这样两个接口类型底层类型相同且是不可比较的类型(比如切片),那么代码将在运行时抛panic:

// https://github.com/bigwhite/experiments/blob/master/go1.20-examples/lang/comparable1.go

func doSth[T comparable](t1, t2 T) {
    if t1 != t2 {
        println("unequal")
        return
    }
    println("equal")
}

func main() {
    n1 := []byte{2}
    n2 := []byte{3}
    var i interface{} = n1
    var j interface{} = n2
    doSth(i, j) // panic: runtime error: comparing uncomparable type []uint8
}

Go 1.20语言规范借此机会还进一步澄清了结构体和数组两种类型比较实现的规范:对于结构体类型,Go会按照结构体字段的声明顺序,逐一字段进行比较,直到遇到第一个不相等的字段为止。如果没有不相等字段,则两个结构体字段相等;对于数组类型,Go会按数组元素的顺序,逐一元素进行比较,直到遇到第一个不相等的元素为止。如果没有不相等的元素,则两个数组相等。

  • unsafe包继续添加“语法糖”

Go 1.17版本在unsafe包增加Slice函数后,Go 1.20版本又增加三个语法糖函数:SliceData、String和StringData:

// $GOROOT/src/unsafe/unsafe.go
func SliceData(slice []ArbitraryType) *ArbitraryType
func String(ptr *byte, len IntegerType) string
func StringData(str string) *byte

值得注意的是由于string的不可更改性,String函数的参数ptr指向的内容以及StringData返回的指针指向的内容在String调用和StringData调用后不允许修改,但实际情况是怎么样的呢?

// https://github.com/bigwhite/experiments/blob/master/go1.20-examples/lang/unsafe.go

func main() {
    var arr = [6]byte{'h', 'e', 'l', 'l', 'o', '!'}
    s := unsafe.String(&arr[0], 6)
    fmt.Println(s) // hello!
    arr[0] = 'j'
    fmt.Println(s) // jello!

    b := unsafe.StringData(s)
    *b = 'k'
    fmt.Println(s) // kello!

    s1 := "golang"
    fmt.Println(s1) // golang
    b = unsafe.StringData(s1)
    *b = 'h' // fatal error: fault, unexpected fault address 0x10a67e5
    fmt.Println(s1)
}

我们看到:unsafe.String函数调用后,如果我们修改了传入的指针指向的内容,那么该改动会影响到后续返回的string内容!而StringData返回
的指针所指向的内容一旦被修改,其结果要根据字符串的来源而定了。对于由可修改的底层数组“创建”的字符串(如s),通过StringData返回的指
针可以“修改”字符串的内容;而对于由字符串字面值初始化的字符串变量(如s1),其内容是不可修改的(编译器将字符串底层存储分配在了只读数据区),尝试通过指针修改指向内容,会导致运行时的段错误。

二. 工具链

1. Go安装包“瘦身”

这些年,Go发布版的安装包“体格”是越来越壮了,动辄100多MB的压缩包,以go.dev/dl页面上的go1.xy.linux-amd64.tar.gz为例,我们看看从Go 1.15版本到Go 1.19版本的“体格”变化趋势:

Go 1.15 - 116MB
Go 1.16 - 123MB
Go 1.17 - 129MB
Go 1.18 - 135MB
Go 1.19 - 142MB

如果按此趋势,Go 1.20势必要上到150MB以上。但Go团队找到了“瘦身”方法,那就是:从Go 1.20开始发行版的安装包不再为GOROOT中的软件包提供预编译的.a文件了,这样我们得到的瘦身后的Go 1.20版本的size为95MB!相较于Go 1.19,Go 1.20的安装包“瘦”了三分之一。安装包解压后这种体现更为明显:

➜  /Users/tonybai/.bin/go1.19 git:(master) ✗ $du -sh
495M    .
➜  /Users/tonybai/.bin/go1.20 git:(master) ✗ $du -sh
265M    .

我们看到:Go 1.20占用的磁盘空间仅为Go 1.19版本的一半多一点而已。 并且,Go 1.20版本中,GOROOT下的源码将像其他用户包那样在构建后被缓存到本机cache中。此外,go install也不会为GOROOT下的软件包安装.a文件。

2. 编译器

1) PGO(profile-guided optimization)

Go 1.20编译器的一个最大的变更点是引入了PGO优化技术预览版,这个在前瞻一文中也有对PGO技术的简单介绍。说白了点,PGO技术就是在原有compiler优化技术的基础上,针对程序在生产环境运行中的热点关键路径再进行一轮优化,并且针对热点代码执行路径,编译器会放开一些限制,比如Go决定是否对函数进行内联优化的复杂度上限默认值是80,但对于PGO指示的关键热点路径,即便函数复杂性超过80很多,也可能会被inline优化掉。

之前持续性能剖析工具开发商Polar Signals曾发布一篇文章《Exploring Go’s Profile-Guided Optimizations》,专门探讨了PGO技术可能带来的优化效果,文章中借助了Go项目中自带的测试示例,这里也基于这个示例带大家重现一下。

我们使用的例子在Go 1.20源码/安装包的\$GOROOT/src/cmd/compile/internal/test/testdata/pgo/inline路径下:

$ls -l
total 3156
-rw-r--r-- 1 tonybai tonybai    1698 Jan 31 05:46 inline_hot.go
-rw-r--r-- 1 tonybai tonybai     843 Jan 31 05:46 inline_hot_test.go

我们首先执行一下inline目录下的测试,并生成用于测试的可执行文件以及对应的cpu profile文件供后续PGO优化使用:

$go test -o inline_hot.test -bench=. -cpuprofile inline_hot.pprof
goos: linux
goarch: amd64
pkg: cmd/compile/internal/test/testdata/pgo/inline
cpu: Intel(R) Core(TM) i7-9700 CPU @ 3.00GHz
BenchmarkA-8        1348        870005 ns/op
PASS
ok      cmd/compile/internal/test/testdata/pgo/inline   1.413s

接下来,我们对比一下不使用PGO和使用PGO优化,Go编译器在内联优化上的区别:

$diff <(go test -run=none -tags='' -timeout=9m0s -gcflags="-m -m" 2>&1 | grep "can inline") <(go test -run=none -tags='' -timeout=9m0s -gcflags="-m -m -pgoprofile inline_hot.pprof" 2>&1 | grep "can inline")
4a5,6
> ./inline_hot.go:53:6: can inline (*BS).NS with cost 106 as: method(*BS) func(uint) (uint, bool) { x := int(i >> lWSize); if x >= len(b.s) { return 0, false }; w := b.s[x]; w = w >> (i & (wSize - 1)); if w != 0 { return i + T(w), true }; x = x + 1; for loop; return 0, false }
> ./inline_hot.go:74:6: can inline A with cost 312 as: func() { s := N(100000); for loop; for loop }

上面diff命令中为Go test命令传入-run=none -tags=”" -gcflags=”-m -m”是为了仅编译源文件,而不执行任何测试。

我们看到,相较于未使用PGO优化的结果,PGO优化后的结果多了两个inline函数,这两个可以被inline的函数,一个的复杂度开销为106,一个是312,都超出了默认的80,但仍然可以被inline。

我们来看看PGO的实际优化效果,我们分为在无PGO优化与有PGO优化下执行100次benchmark,再用benchstat工具对比两次的结果:

$go test -o inline_hot.test -bench=. -cpuprofile inline_hot.pprof -count=100 > without_pgo.txt
$go test -o inline_hot.test -bench=. -gcflags="-pgoprofile inline_hot.pprof" -count=100 > with_pgo.txt

$benchstat without_pgo.txt with_pgo.txt
goos: linux
goarch: amd64
pkg: cmd/compile/internal/test/testdata/pgo/inline
cpu: Intel(R) Core(TM) i7-9700 CPU @ 3.00GHz
    │ without_pgo.txt │            with_pgo.txt             │
    │     sec/op      │   sec/op     vs base                │
A-8       874.7µ ± 0%   872.6µ ± 0%  -0.24% (p=0.024 n=100)

注:benchstat的安装方法:\$go install golang.org/x/perf/cmd/benchstat@latest

我们看到,在我的机器上(ubuntu 20.04 linux kerenel 5.4.0-132),PGO针对这个测试的优化效果并不明显(仅仅有0.24%的提升),Polar Signals原文中的提升幅度也不大,仅为1.05%。

Go官方Release Notes中提到benchmark提升效果为3%~4%,同时官方也提到了,这个仅仅是PGO初始技术预览版,后续会加强对PGO优化的投入,直至对多数程序产生较为明显的优化效果。个人觉得目前PGO尚处于早期,不建议在生产中使用。

Go官方也增加针对PGO的ref页面,大家重点看看其中的FAQ,你会有更多收获!

2) 构建速度

Go 1.18泛型落地后,Go编译器的编译速度出现了回退(幅度15%),Go 1.19编译速度也没有提升。虽然编译速度回退后依然可以“秒杀”竞争对手,但对于以编译速度快著称的Go来说,这个问题必须修复。Go 1.20做到了这一点,让Go编译器的编译速度重新回归到了Go 1.17的水准!相对Go 1.19提升10%左右。

我使用github.com/reviewdog/reviewdog这个库实测了一下,分别使用go 1.17.1、go 1.18.6、go 1.19.1和Go 1.20对这个module进行go build -a构建(之前将依赖包都下载本地,排除掉go get环节的影响),结果如下:

go 1.20:
$time go build -a github.com/reviewdog/reviewdog/cmd/reviewdog
go build -a github.com/reviewdog/reviewdog/cmd/reviewdog  48.01s user 7.96s system 536% cpu 10.433 total

go 1.19.1:
$time go build -a github.com/reviewdog/reviewdog/cmd/reviewdog
go build -a github.com/reviewdog/reviewdog/cmd/reviewdog  54.40s user 10.20s system 506% cpu 12.757 total

go 1.18.6:
$time go build -a github.com/reviewdog/reviewdog/cmd/reviewdog
go build -a github.com/reviewdog/reviewdog/cmd/reviewdog  53.78s user 9.85s system 545% cpu 11.654 total

go 1.17.1:
$time go build -a github.com/reviewdog/reviewdog/cmd/reviewdog
go build -a github.com/reviewdog/reviewdog/cmd/reviewdog  50.30s user 9.76s system 580% cpu 10.338 total

虽然不能十分精确,但总体上反映出各个版本的编译速度水准以及Go 1.20相对于Go 1.18和Go 1.19版本的提升。我们看到Go 1.20与Go 1.17版本在一个水平线上,甚至要超过Go 1.17(但可能仅限于我这个个例)。

3) 允许在泛型函数/方法中进行类型声明

Go 1.20版本之前下面代码是无法通过Go编译器的编译的:

// https://github.com/bigwhite/experiments/blob/master/go1.20-examples/tools/compiler/local_type_decl.go
package main

func F[T1 any]() {
    type x struct{} // 编译错误:type declarations inside generic functions are not currently supported
    type y = x      // 编译错误:type declarations inside generic functions are not currently supported
}

func main() {
    F[int]()
}

Go 1.20改进了语言前端的实现,通过unified IR实现了对在泛型函数/方法中进行类型声明(包括定义type alias)的支持。

同时,Go 1.20在spec中还明确了哪些使用了递归方式声明的类型形参列表是不合法的

type T1[P T1[P]] …                    // 不合法: 形参列表中作为约束的T1引用了自己
type T2[P interface{ T2[int] }] …     // 不合法: 形参列表中作为约束的T2引用了自己
type T3[P interface{ m(T3[int])}] …   // 不合法: 形参列表中作为约束的T3引用了自己

type T4[P T5[P]] …                    // 不合法: 形参列表中,T4引用了T5 并且
type T5[P T4[P]] …                    //          T5引用了T4

type T6[P int] struct{ f *T6[P] }     // 正确: 虽然引用了T6,但这个引用发生在结构体定义中而不是形参列表中

4) 构建自举源码的Go编译器的版本选择

Go从Go 1.5版本开始实现自举,即使用Go实现Go,那么自举后的Go项目是谁来编译的呢?最初对应编译Go 1.5版本的Go编译器版本为Go 1.4。

以前从源码构建Go发行版,当未设置GOROOT_BOOTSTRAP时,编译脚本会默认使用Go 1.4,但如果有更高版本的Go编译器存在,会使用更高版本的编译器。

Go 1.18和Go 1.19会首先寻找是否有go 1.17版本,如果没有再使用go 1.4。

Go 1.20会寻找当前Go 1.17的最后一个版本Go 1.17.13,如果没有,则使用Go 1.4。

将来,Go核心团队计划一年升级一次构建自举源码的Go编译器的版本,例如:Go 1.22版本将使用Go 1.20版本的编译器。

5) cgo

Go命令现在在没有C工具链的系统上会默认禁用了cgo。更具体来说,当CGO_ENABLED环境变量未设置,CC环境变量未设置以及PATH环境变量中没有找到默认的C编译器(通常是clang或gcc)时,CGO_ENABLED会被默认设置为0。

3. 其他工具

1) 支持采集应用执行的代码盖率

在前瞻一文中,我提到过Go 1.20将对代码覆盖率的支持扩展到了应用整体层面,而不再仅仅是unit test。这里使用一个例子来看一下,究竟如何采集应用代码的执行覆盖率。我们以gitlab.com/esr/loccount这个代码统计工具为例,先修改一下Makefile,在go build后面加上-cover选项,然后编译loccount,并对其自身进行代码统计:

// /home/tonybai/go/src/gitlab.com/loccount
$make
$mkdir mycovdata
$GOCOVERDIR=./mycovdata loccount .
all          SLOC=4279    (100.00%) LLOC=1213    in 110 files
Go           SLOC=1724    (40.29%)  LLOC=835     in 3 files
asciidoc     SLOC=752     (17.57%)  LLOC=0       in 5 files
C            SLOC=278     (6.50%)   LLOC=8       in 2 files
Python       SLOC=156     (3.65%)   LLOC=0       in 2 files
... ...

上面执行loccount之前,我们建立了一个mycovdata目录,并设置GOCOVERDIR的值为mycovdata目录的路径。在这样的上下文下,执行loccount后,mycovdata目录下会生成一些覆盖率统计数据文件:

$ls mycovdata
covcounters.4ec45ce64f965e77563ecf011e110d4f.926594.1675678144659536943  covmeta.4ec45ce64f965e77563ecf011e110d4f

怎么查看loccount的执行覆盖率呢?我们使用go tool covdata来查看:

$go tool covdata percent -i=mycovdata
    loccount    coverage: 69.6% of statements

当然, covdata子命令还支持其他一些功能,大家可以自行查看manual挖掘。

2) vet

Go 1.20版本中,go工具链的vet子命令增加了两个十分实用的检测:

  • 对loopclosure这一检测策略进行了增强

具体可参见https://github.com/golang/tools/tree/master/go/analysis/passes/loopclosure代码

  • 增加对2006-02-01的时间格式的检查

注意我们使用time.Format或Parse时,最常使用的是2006-01-02这样的格式,即ISO 8601标准的时间格式,但一些代码中总是出现2006-02-01,十分容易导致错误。这个版本中,go vet将会对此种情况进行检查。

三. 运行时与标准库

1. 运行时(runtime)

Go 1.20运行时的调整并不大,仅对GC的内部数据结构进行了微调,这个调整可以获得最多2%的内存开销下降以及cpu性能提升。

2. 标准库

标准库肯定是变化最多的那部分。前瞻一文中对下面变化也做了详细介绍,这里不赘述了,大家可以翻看那篇文章细读:

  • 支持wrap multiple errors
  • time包新增DateTime、DateOnly和TimeOnly三个layout格式常量
  • 新增arena包
    … …

标准库变化很多,这里不能一一罗列,再补充一些我认为重要的,其他的变化大家可以到Go 1.20 Release Notes去看:

1) arena包

前瞻一文已经对arena包做了简要描述,对于arena包的使用以及最佳适用场合的探索还在进行中。著名持续性能剖析工具pyroscope的官方博客文章《Go 1.20 arenas实践:arena vs. 传统内存管理》对于arena实验特性的使用给出了几点好的建议,比如:

  • 只在关键的代码路径中使用arena,不要到处使用它们
  • 在使用arena之前和之后对你的代码进行profiling,以确保你在能提供最大好处的地方添加arena。
  • 密切关注arena上创建的对象的生命周期。确保你不会把它们泄露给你程序中的其他组件,因为那里的对象可能会超过arena的寿命。
  • 使用defer a.Free()来确保你不会忘记释放内存。
  • 如果你想在arena被释放后使用对象,使用arena.Clone()将其克隆回heap中。

pyroscope的开发人员认为arena是一个强大的工具,也支持标准库中保留arena这个特性,但也建议将arena和reflect、unsafe、cgo等一样纳入“不推荐”使用的包行列。这点我也是赞同的。我也在考虑如何基于arena改进我们产品的协议解析器的性能,有成果后,我也会将实践过程分享出来的。

2) 新增crypto/ecdh包

密码学包(crypto)的主要maintainer Filippo Valsorda从google离职后,成为了一名专职开源项目维护者。这似乎让其更有精力和动力对crypto包进行更好的规划、设计和实现了。crypto/ecdh包就是在他的提议下加入到Go标准库中的

相对于标准库之前存在的crypto/elliptic等包,crypto/ecdh包的API更为高级,Go官方推荐使用ecdh的高级API,这样大家以后可以不必再与低级的密码学函数斗争了。

3) HTTP ResponseController

以前HTTP handler的超时都是http服务器全局指定一个的:包括ReadTimeout和WriteTimeout。但有些时候,如果能在某个请求范围内支持这些超时(以及可能的其他选项)将非常有用。Damien Neil就创建了这个增加ResponseController的提案,下面是一个在HandlerFunc中使用ResponseController的例子:

http.HandleFunc("/foo", func(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
  ctl := http.NewResponseController(w, r)
  ctl.SetWriteDeadline(time.Now().Add(1 * time.Minute)) // 仅为这个请求设置deadline
  fmt.Fprintln(w, "Hello, world.") // 这个写入的timeout为1-minute
})

4) context包增加WithCancelCause函数

context包新增了一个WithCancelCause函数,与WithCancel不同,通过WithCancelCause返回的Context,我们可以得到cancel的原因,比如下面示例:

// https://github.com/bigwhite/experiments/blob/master/go1.20-examples/library/context.go

func main() {
    myError := fmt.Errorf("%s", "myError")
    ctx, cancel := context.WithCancelCause(context.Background())
    cancel(myError)
    fmt.Println(ctx.Err())          // context.Canceled
    fmt.Println(context.Cause(ctx)) // myError
}

我们看到通过context.Cause可以得到Context在cancel时传入的错误原因。

四. 移植性

Go对新cpu体系结构和OS的支持向来是走在前面的。Go 1.20还新增了对freebsd在risc-v上的实验性支持,其环境变量为GOOS=freebsd, GOARCH=riscv64。但Go 1.20也将成为对下面平台提供支持的最后一个Go版本:

  • Windows 7, 8, Server 2008和Server 2012
  • MacOS 10.13 High Sierra和10.14 (我的安装了10.14的mac os又要在go 1.21不被支持了^_^)

近期Go团队又有了新提案:支持WASI(GOOS=wasi GOARCH=wasm),WASI是啥,它是WebAssembly一套与引擎无关(engine-indepent)的、面向非Web系统的WASM API标准,是WebAssembly脱离浏览器的必经之路!一旦生成满足WASI的WASM程序,该程序就可以在任何支持WASI或兼容的runtime上运行。不出意外,该提案将在Go 1.21或Go 1.22版本落地。

本文中的示例代码可以在这里下载。


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