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Go语言之父谈Go编程语言与环境

本文永久链接 – https://tonybai.com/2021/10/06/the-go-programming-language-and-environment

2021年中旬,Go语言联合创始人Rob Pike应邀在线出席由UNSW Computing(悉尼新南威尔士大学计算机)组织主办的John Lions Distinguished Lectures,会上Rob Pike以Go之父身份讲述了究竟是什么将Go语言塑造成今天的这个样子以及进入Go生态系统的其他一些事物。

Rob Pike关于Go的观点总是高屋建瓴的,从这个talk中我们可以了解Go语言演化的来龙去脉,这对于我们理解Go、理解Go演化方向、理解Go生态会有较大帮助。由于仅有视频资料,这里将视频中的slide截图按顺序贴在这里,并配以slide中没有但talk中有的一些rob pike的重要观点,供大家参考。

Rob Pike:

  • (谦虚的说)Go还不能算是主流语言,但Go在全世界范围的影响力与发展远超当初预期。
  • 我们知道:在众多编程语言中,Go可能不是那种interesting的语言。在当时,Go甚至不是一种有技术优势的语言。我们并没有试图推动编程语言理论或设计甚至实践的进步。我们对此并不介意,因为这不是我们的目标。
  • 不知何故,这种语言已经成功地接管了云世界。它是主导docker、kubernetes以及基本上云原生计算基金会中的所有东西的开发语言,当然也包括这之外的其他很多项目。
  • 多年前,有人预测Go是云计算基础设施语言,但现在这已经成为现实。

那么问题来了:一种本质上无人喜欢的语言是如何最终变得如此重要了呢?究竟发生了什么?

Rob Pike给出答案:

  • 一门编程语言的成功取决于很多东西,而不仅仅是语言本身。
  • Go团队从一开始就知道这一点,于是他们不再局限于创造一门新编程语言,而是将目标定为创造一种编写软件的更好的方法上。因此这门新编程语言将被用于处理当时所用语言所解决不了的诸多问题:包括上面slide中列举的诸多问题。
  • 虽然编程语言本身可以解决上面的一些问题,但仅语言本身还远不够。

Rob Pike:

  • 我们遇到的一个最大的问题就是scale,并且scale拥有多个维度(数轴axes),包括concurrency、engineering、dependencies。

Rob Pike:
- 这就是我们几个第一次碰面设计一门新编程语言时讨论的话题。

Rob Pike:
- 这就是Go实现的一个生产就绪的Web server的代码。
- 下面探讨fmt.Fprintf的第一个参数的类型,它很特殊,它是一个io.Writer接口类型。

Rob Pike:
- Go代码中充满了这种仅有一两个方法甚至是零个方法的接口类型,这些构成了Go文化之一。
- 我们相信,接口不应该为你所构建的整个世界预先定义,而应该在程序开发过程中有机地产生。让编译器解决一个接口是否好的问题,实际上是比强迫程序员优先解决这些问题更有效的进行软件演化的方式。(because we believe that interfaces should not be predefined for the entire world you are building. but instead should arise organically through program development. and having the compiler work out whether an interface is good or not is an actually more effective way to grow software than forcing the programmers to work it all out a priori)。

Rob Pike:
- 不同于其他编程语言,这些整型不能混合在一起运算(译注:需显式转型)。

Rob Pike:

  • 我们的想法是,从概念上讲,处理并行性和并发性的开销在Go中是非常轻的。这是该语言的一个重要卖点。

Rob Pike:

  • 一旦你把channel/select这些和goroutines结合起来,你就可以完全简单地、正交地把它们放在过程语言(procedure language)之上。并使并发变得简单,让那些以前我承认有时害怕它的人可以使用。

Rob Pike:

  • 我们做了很多努力来建立一套非常好的核心库,允许你做一些事情,如网络、密码学、文本处理、格式化的IO,我们建立了一套核心库,建立在这些简单的接口的想法上,并使用这些接口和其他我们可以使用的机制,如并发性和内存安全属性等等。我们建立了基础库,这样你就可以写一个程序,只使用核心库,这将起到有效的作用,它也可以在生产中启动,并能够处理成千上万并发进行的负载。我们已经看到运行在内部启动的数百万个goroutine的二进制文件,因为它们是轻量级的,它们可以扩展。

Rob Pike:

  • 也许Go的成功最重要的部分是这种兼容性承诺(Go1兼容性承诺)。
  • 更重要的是,我们向用户承诺,如果你的代码今天能用,十年后也能用,而且确实如此。这种对用户社区的承诺是Go应用的一个巨大特点。实际上,在曲线上有一个膝盖型突起,你可以看到采用率的上升,工业界现在可以开始依赖它,因为他们知道,如果他们投资于它,它就会工作。书的作者也可以写书,他们知道十年后书中内容仍然有意义,这是我们故事的一个主要部分。

Rob Pike:

  • 因此,所有这些元素都有一个主题,这个主题就是,如果你想发展一种语言或一个系统,特别是在开源世界中,你必须让别人容易进来。这并不仅仅意味着接受每一个他人提出的pull request,这更意味着创建一个系统,在这个系统中,大家可以很容易使用一种语言,比如:易于解析,易于用支持它的工具进行分析。可以单独工作的库,但被设计成可以相互协作以建立更大的系统。用于高质量工具开发的包,易于理解的开发,高速执行,简单的部署,易于移植。一个模块系统让每个人都能舒适地分享他们的代码,也包括一种鼓励人们共同成长的文化。

Rob Pike:

  • 我们已经建立起这个社区,在社区中大家一起构建了一个软件开发环境并且乐趣多多,这个环境不仅是由语言所培育的,更多是因为上面这些更为重要的因素。

Rob Pike:

  • Go是关于软件开发的。它不仅仅是关于编程。我认为这就是为什么它能做得那么好的原因。

  • 泛型会不会改变编写Go代码的方式?

Rob Pike:

我们没有从一开始就把它们放进去,因为我们不明白我们怎么会对它感到不舒服,所以不是我们决定不放它们,而是我们不确定如果我们从一个具有参数化多态性的语言开始,如何在所有这些其他方面实现我们想实现的目标。

我相信这仍然是事实。

我相信关于库的工作方式和互连的工作方式等等的很多事情都会有非常不同的味道。 如果它是一种多态的语言,我不确定它会有多好。

经过Ian Taylor等人十多年的努力,我们现在有了一个设计,我想说的是,我们不是真正的我,但团队有了一个参数化多态性模型的设计,感觉它与语言的其他部分相匹配。我很想知道它是否会打破这个局面,它可能会打破一切,因为程序员会开始考虑用这种方式写代码,我很想知道它的效果。

  • Rob Pike的其他观点
    • 我认为声明变量的方式有些多。
    • 经过我们三人(Rob Pike, Ken Thompson, Robert)达成一致的Go特性已经足够多,足够好了。
    • 我们很努力地寻找channel与network一起工作的方式,但我们失败了!

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gRPC服务的响应设计

本文永久链接 – https://tonybai.com/2021/09/26/the-design-of-the-response-for-grpc-server

1. 服务端响应的现状

做后端服务的开发人员对错误处理总是很敏感的,因此在做服务的响应(response/reply)设计时总是会很慎重。

如果后端服务选择的是HTTP API(rest api),比如json over http,API响应(Response)中大多会包含如下信息:

{
    "code": 0,
    "msg": "ok",
    "payload" : {
        ... ...
    }
}

在这个http api的响应设计中,前两个状态标识这个请求的响应状态。这个状态由一个状态代码(code)与状态信息(msg)组成。状态信息是对状态代码所对应错误原因的详细诠释。只有当状态为正常时(code = 0),后面的payload才具有意义。payload显然是在响应中意图传给客户端的业务信息。

这样的服务响应设计是目前比较常用且成熟的方案,理解起来也十分容易。

好,现在我们看看另外一大类服务:采用RPC方式提供的服务。我们还是以使用最为广泛的gRPC为例。在gRPC中,一个service的定义如下(我们借用一下grpc-go提供的helloworld示例):

// https://github.com/grpc/grpc-go/blob/master/examples/helloworld/helloworld/helloworld.proto
package helloworld;

// The greeting service definition.
service Greeter {
  // Sends a greeting
  rpc SayHello (HelloRequest) returns (HelloReply) {}
}

// The request message containing the user's name.
message HelloRequest {
  string name = 1;
}

// The response message containing the greetings
message HelloReply {
  string message = 1;
}

grpc对于每个rpc方法(比如SayHello)都有约束,只能有一个输入参数和一个返回值。这个.proto定义通过protoc生成的go代码变成了这样:

// https://github.com/grpc/grpc-go/blob/master/examples/helloworld/helloworld/helloworld_grpc.pb.go
type GreeterServer interface {
    // Sends a greeting
    SayHello(context.Context, *HelloRequest) (*HelloReply, error)
    ... ...
}

我们看到对于SayHello RPC方法,protoc生成的go代码中,SayHello方法的返回值列表中多了一个Gopher们熟悉的error返回值。对于已经习惯了HTTP API那套响应设计的gopher来说,现在问题来了! http api响应中表示响应状态的code与msg究竟是定义在HelloReply这个业务响应数据中,还是通过error来返回的呢?这个grpc官方文档似乎也没有明确说明(如果各位看官找到位置,可以告诉我哦)。

2. gRPC服务端响应设计思路

我们先不急着下结论!我们继续借用helloworld这个示例程序来测试一下当error返回值不为nil时客户端的反应!先改一下greeter_server的代码:

// SayHello implements helloworld.GreeterServer
func (s *server) SayHello(ctx context.Context, in *pb.HelloRequest) (*pb.HelloReply, error) {
    log.Printf("Received: %v", in.GetName())
    return &pb.HelloReply{Message: "Hello " + in.GetName()}, errors.New("test grpc error")
}

在上面代码中,我们故意构造一个错误并返回给调用该方法的客户端。我们来运行一下这个服务并启动greeter_client来访问该服务,在客户端侧,我们得到的结果如下:

2021/09/20 17:04:35 could not greet: rpc error: code = Unknown desc = test grpc error

从客户端的输出结果中,我们看到了我们自定义的错误的内容(test grpc error)。但我们还发现错误输出的内容中还有一个”code = Unknown”的输出,这个code是从何而来呢?似乎grpc期待的error形式是包含code与desc的形式。

这时候就不得不查看一下gprc-go(v1.40.0)的参考文档了!在grpc-go的文档中我们发现几个被DEPRECATED的与Error有关的函数:

在这几个作废的函数的文档中都提到了用status包的同名函数替代。那么这个status包又是何方神圣?我们翻看grpc-go的源码,终于找到了status包,在包说明的第一句中我们就找到了答案:

Package status implements errors returned by gRPC.

原来status包实现了上面grpc客户端所期望的error类型。那么这个类型是什么样的呢?我们逐步跟踪代码:

在grpc-go/status包中我们看到如下代码:

type Status = status.Status

// New returns a Status representing c and msg.
func New(c codes.Code, msg string) *Status {
    return status.New(c, msg)
}

status包使用了internal/status包中的Status,我们再来看internal/status包中Status结构的定义:

// internal/status
type Status struct {
    s *spb.Status
}

// New returns a Status representing c and msg.
func New(c codes.Code, msg string) *Status {
    return &Status{s: &spb.Status{Code: int32(c), Message: msg}}
}

internal/status包的Status结构体组合了一个*spb.Status类型(google.golang.org/genproto/googleapis/rpc/status包中的类型)的字段,继续追踪spb.Status:

// https://pkg.go.dev/google.golang.org/genproto/googleapis/rpc/status
type Status struct {
    // The status code, which should be an enum value of [google.rpc.Code][google.rpc.Code].
    Code int32 `protobuf:"varint,1,opt,name=code,proto3" json:"code,omitempty"`
    // A developer-facing error message, which should be in English. Any
    // user-facing error message should be localized and sent in the
    // [google.rpc.Status.details][google.rpc.Status.details] field, or localized by the client.
    Message string `protobuf:"bytes,2,opt,name=message,proto3" json:"message,omitempty"`
    // A list of messages that carry the error details.  There is a common set of
    // message types for APIs to use.
    Details []*anypb.Any `protobuf:"bytes,3,rep,name=details,proto3" json:"details,omitempty"`
    // contains filtered or unexported fields
}

我们看到最后的这个Status结构包含了Code与Message。这样一来,grpc的设计意图就很明显了,它期望开发者在error这个返回值中包含rpc方法的响应状态,而自定义的响应结构体只需包含业务所需要的数据即可。我们用一幅示意图来横向建立一下http api与rpc响应的映射关系:

有了这幅图,再面对如何设计grpc方法响应这个问题时,我们就胸有成竹了!

grpc-go在codes包中定义了grpc规范要求的10余种错误码:

const (
    // OK is returned on success.
    OK Code = 0

    // Canceled indicates the operation was canceled (typically by the caller).
    //
    // The gRPC framework will generate this error code when cancellation
    // is requested.
    Canceled Code = 1

    // Unknown error. An example of where this error may be returned is
    // if a Status value received from another address space belongs to
    // an error-space that is not known in this address space. Also
    // errors raised by APIs that do not return enough error information
    // may be converted to this error.
    //
    // The gRPC framework will generate this error code in the above two
    // mentioned cases.
    Unknown Code = 2

    // InvalidArgument indicates client specified an invalid argument.
    // Note that this differs from FailedPrecondition. It indicates arguments
    // that are problematic regardless of the state of the system
    // (e.g., a malformed file name).
    //
    // This error code will not be generated by the gRPC framework.
    InvalidArgument Code = 3

    ... ...

    // Unauthenticated indicates the request does not have valid
    // authentication credentials for the operation.
    //
    // The gRPC framework will generate this error code when the
    // authentication metadata is invalid or a Credentials callback fails,
    // but also expect authentication middleware to generate it.
    Unauthenticated Code = 16

在这些标准错误码之外,我们还可以扩展定义自己的错误码与错误描述。

3. 服务端如何构造error与客户端如何解析error

前面提到,gRPC服务端采用rpc方法的最后一个返回值error来承载应答状态。google.golang.org/grpc/status包为构建客户端可解析的error提供了一些方便的函数,我们看下面示例(基于上面helloworld的greeter_server改造):

func (s *server) SayHello(ctx context.Context, in *pb.HelloRequest) (*pb.HelloReply, error) {
    log.Printf("Received: %v", in.GetName())
    return nil, status.Errorf(codes.InvalidArgument, "you have a wrong name: %s", in.GetName())
}

status包提供了一个类似于fmt.Errorf的函数,我们可以很方便的构造一个带有code与msg的error实例并返回给客户端。

而客户端同样可以通过status包提供的函数将error中携带的信息解析出来,我们看下面代码:

ctx, _ := context.WithTimeout(context.Background(), time.Second)
r, err := c.SayHello(ctx, &pb.HelloRequest{Name: "tony")})
if err != nil {
    errStatus := status.Convert(err)
    log.Printf("SayHello return error: code: %d, msg: %s\n", errStatus.Code(), errStatus.Message())
}
log.Printf("Greeting: %s", r.GetMessage())

我们看到:通过status.Convert函数可以很简答地将rpc方法返回的不为nil的error中携带的信息提取出来。

4. 空应答

gRPC的proto文件规范要求每个rpc方法的定义中都必须包含一个返回值,返回值不能为空,比如上面helloworld项目的.proto文件中的SayHello方法:

rpc SayHello (HelloRequest) returns (HelloReply) {}

如果去掉HelloReply这个返回值,那么protoc在生成代码时会报错!

但是有些方法本身不需要返回业务数据,那么我们就需要为其定义一个空应答消息,比如:

message Empty {

}

考虑到每个项目在遇到空应答时都要重复造上面Empty message定义的轮子,grpc官方提供了一个可被复用的空message:

// https://github.com/protocolbuffers/protobuf/blob/master/src/google/protobuf/empty.proto

// A generic empty message that you can re-use to avoid defining duplicated
// empty messages in your APIs. A typical example is to use it as the request
// or the response type of an API method. For instance:
//
//     service Foo {
//       rpc Bar(google.protobuf.Empty) returns (google.protobuf.Empty);
//     }
//
// The JSON representation for `Empty` is empty JSON object `{}`.
message Empty {}

我们只需在.proto文件中导入该empty.proto并使用Empty即可,比如下面代码:

// xxx.proto

syntax = "proto3";

import "google/protobuf/empty.proto";

service MyService {
    rpc MyRPCMethod(...) returns (google.protobuf.Empty);
}

当然google.protobuf.Empty不仅仅适用于空响应,也适合空请求,这个就留给大家可自行完成吧。

5. 小结

本文我们讲述了gRPC服务端响应设计的相关内容,最主要想说的是直接使用gRPC生成的rpc方面的error返回值来表示rpc调用的响应状态,不要再在自定义的Message结构中重复放入code与msg字段来表示响应状态了。

btw,做API的错误设计,google的这份API设计方面的参考资料是十分好的。有时间一定要好好读读哦。


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