本文永久链接 – https://tonybai.com/2025/08/11/why-go-not-embrace-iouring

大家好，我是Tony Bai。

在 Linux I/O 的世界里，io_uring 如同划破夜空的流星，被誉为“终极接口”。它承诺以无与伦比的效率，为数据密集型应用带来革命性的性能提升。正如高性能数据库 ScyllaDB 在其官方博文中所展示的，io_uring 能够将系统性能推向新的高峰。

然而，一个令人费解的问题摆在了所有 Go 开发者面前：作为云原生infra和并发编程的标杆，Go 语言为何对这颗唾手可得的“性能银弹”表现得如此审慎，甚至迟迟未能将其拥抱入标准库的怀抱？一场在 Go 官方仓库持续了五年之久的 Issue 讨论（#31908），为我们揭开了这层神秘的面纱。这并非简单的技术取舍，而是 Go 在其设计哲学、工程现实与安全红线之间进行反复权衡的结果。本文将深入这场讨论，为您揭秘阻碍 io_uring 在 Go 中落地的三大核心困境。

io_uring：一场 I/O 模型的革命

要理解这场争论，我们首先需要明白 io_uring 究竟是什么，以及它为何具有革命性。

在 io_uring 出现之前，Linux 上最高效的 I/O 模型是 epoll。epoll 采用的是一种“拉（pull）”模型：应用程序通过一次 epoll_wait 系统调用来询问内核：“有我关心的文件描述符准备好进行 I/O 了吗？”。内核响应后，应用程序需要再为每个就绪的描述符分别发起 read 或 write 系统调用。这意味着，处理 N 个 I/O 事件至少需要 N+1 次系统调用。

而 io_uring 则彻底改变了游戏规则。它在内核与用户空间之间建立了两个共享内存环形缓冲区：提交队列（Submission Queue, SQ）和完成队列（Completion Queue, CQ）。

其工作流程如下：

1. 提交请求: 应用程序将一个或多个 I/O 请求（如读、写、连接等）作为条目（SQE）放入提交队列中。这仅仅是内存操作，几乎没有开销。
2. 通知内核: 应用通过一次 io_uring_enter 系统调用，通知内核“请处理队列中的所有请求”。在特定模式（SQPOLL）下，这个系统调用甚至可以被省略。
3. 内核处理: 内核从提交队列中批量取走所有请求，并异步地执行它们。
4. 返回结果: 内核将每个操作的结果作为一个条目（CQE）放入完成队列。这同样只是内存操作。
5. 应用收获: 应用程序直接从完成队列中读取结果，无需为每个结果都发起一次系统调用。

这种模式的优势是颠覆性的：它将 N+1 次系统调用压缩为 1 次甚至 0 次，极大地降低了上下文切换的开销，并且首次为 Linux 带来了真正意义上的、无需 O_DIRECT 标志的异步文件 I/O。

最初的希望：一剂治愈 Go I/O“顽疾”的良药

讨论伊始，Go 社区对 io_uring 寄予厚望，期待它能一举解决 Go 在 I/O 领域的两大历史痛点：

1. 真正的异步文件 I/O： Go 的网络 I/O 基于 epoll 实现了非阻塞，但文件 I/O 本质上是阻塞的。为了避免阻塞系统线程，Go 运行时不得不维护一个线程池来处理文件操作。正如社区所期待的，io_uring 最大的吸引力在于“移除对文件 I/O 线程池的需求”，让文件 I/O 也能享受与网络 I/O 同等的高效与优雅。
2. 极致的网络性能： 对于高并发服务器，io_uring 通过将多个 read/write 操作打包成一次系统调用，能显著降低内核态与用户态切换的开销，这在“熔断”和“幽灵”漏洞导致 syscall 成本飙升的后时代尤为重要。

然而，Go 核心团队很快就为这股热情泼上了一盆“冷水”。

核心困境一：运行时模型的“哲学冲突”

这是阻碍 io_uring 集成最根本、最核心的障碍。Go 的成功很大程度上归功于其简洁的并发模型——goroutine，以及对开发者完全透明的调度机制。但 io_uring 的工作模式，与 Go 运行时的核心哲学存在着深刻的冲突。

冲突的焦点在于“透明性”。Ian Lance Taylor 多次强调，问题不在于 io_uring 能否在 Go 中使用，而在于能否“透明地”将其融入现有的 os 和 net 包，而不破坏 Go 开发者早已习惯的 API 和心智模型。

io_uring 的性能优势源于批处理。但 Go 的标准库 API，如 net.Conn.Read()，是一个独立的、阻塞式的调用。Go 用户习惯于在独立的 goroutine 中处理独立的连接。如何将这些分散的独立 I/O 请求，在用户无感知的情况下，“透明地”收集起来，打包成批？这几乎是一个无解的难题。

社区也提出了“每个 P (Processor) 一个 io_uring 环”的设想，但 Ian 指出这会引入极高的复杂性，包括环的争用、空闲 P 的等待与唤醒、P 与 M 切换时的状态管理等。正如一些社区成员所总结的，io_uring 需要一种全新的 I/O 模式，而这与 Go 现有网络模型的模式完全不同。强行“透明”集成，无异于“在不破坏现有 API 的情况下进行不必要的破坏”。

核心困境二：现实世界的“安全红线”

如果说运行时模型的冲突是理论上的“天堑”，那么安全问题则是实践中不可逾越的“红线”。

在 2024 年初，社区成员 jakebailey 抛出了一个重磅消息：出于安全考虑，Docker 默认的 seccomp 配置文件已经禁用了 io_uring。

引用自 Docker 的 commit 信息: “安全专家普遍认为 io_uring 是不安全的。事实上，Google ChromeOS 和 Android 已经关闭了它，所有 Google 生产服务器也关闭了它。”

这个消息对标准库集成而言几乎是致命一击。Go 程序最常见的部署环境就是容器。一个不被“普遍情况”支持的特性，无论其性能多么优越，都难以成为Go运行时和标准库的基石。

核心困境三：追赶一个“移动的目标”

在这场长达五年的讨论中，io_uring 自身也在飞速进化。其作者Jens Axboe 甚至亲自下场，解答了 Go 团队早期的疑虑，例如移除了并发数限制、解决了事件丢失问题等。

但这恰恰揭示了第三重困境：要集成一个仍在高速演进、API 不断变化的底层接口，本身就充满了风险和不确定性。标准库追求的是极致的稳定性和向后兼容性。过早地依赖一个“移动的目标”，可能会带来持续的维护负担和潜在的破坏性变更。对于一个需要支持多个内核版本的语言运行时来说，这种复杂性是难以承受的。

小结：审慎的巨人与退潮的社区热情

io_uring 未能在 Go中落地，并非因为 Go 团队忽视性能，而是其成熟与审慎的体现。三大核心困境层层递进，揭示了其迟迟未能拥抱 io_uring 的深层原因：哲学上的范式冲突、现实中的安全红线、以及工程上的稳定性质疑。

然而，现实比理论更加残酷。在讨论初期，Go 社区曾涌现出一批充满激情的用户层 io_uring 库，如 giouring、go-uring 等，它们是开发者们探索新大陆的先锋。但时至 2025 年，我们观察到一个令人沮丧的趋势：这些曾经的追星项目大多已陷入沉寂，更新寥寥，星光黯淡。

与之形成鲜明对比的是，Rust 的 tokio-uring 库依然保持着旺盛的生命力，社区活跃，迭代频繁。这似乎在暗示，问题不仅在于 io_uring 本身，更在于它与特定语言运行时模型的“契合度”。Go 运行时的 G-P-M 调度模型和它所倡导的编程范式，使得社区自发的集成尝试也步履维艰，最终热情退潮。

这是否意味着 Go 与 io_uring 将永远无缘？或许未来之路有二：一是等待 io_uring 自身和其生态环境（尤其是安全方面）完全成熟；二是 Go 也许可能会引入一套全新的、非透明的、专为高性能 I/O 设计的新标准库包。

在此之前，Go 运行时可能会选择先挖掘 epoll 的全部潜力。这场长达五年的讨论，最终为我们留下了一个深刻的启示：技术的采纳从来不是一场单纯的性能赛跑，它是一场包含了设计哲学、生态现实与工程智慧的复杂博弈。

资料链接：

• https://github.com/golang/go/issues/31908
• https://www.scylladb.com/2020/05/05/how-io_uring-and-ebpf-will-revolutionize-programming-in-linux/

关注io_uring在Linux kernel内核演进的小伙伴儿们，可以关注io-uring.vger.kernel.org archive mirror这个页面，或io_uring作者Jens Axboe的liburing wiki。

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本文永久链接 – https://tonybai.com/2025/08/02/proposal-http3

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：

1. 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。
2. 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。
3. 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：

1. 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。

2. 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。

3. 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。

4. 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：

1. 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。
2. 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。
3. 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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