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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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Go语言之道[译]

本文永久链接 – https://tonybai.com/2022/09/25/the-tao-of-go

近期阅读了John Arundel的文章《The Tao of Go》,看完后我都有心去阅读一遍《道德经》了:)。作者将Go语言设计哲学与惯例与“道”学三宝有机的联系到一起,给了我不小的启发。这里译成中文,供大家参考。


你可以让水牛去任何地方,只要它们想去 – 杰拉尔德・温伯格 《咨询的奥秘》(译注:原文似乎将Gerald M. Weinberg 写成了Jerry Weinberg,应该是笔误)

“道”是指事物的内在本质或自然趋势。例如,水向低处流:这就是水的“道”。你可以筑坝、疏导、抽水,或以其他方式干扰它,但尽管你做了种种努力,它最终可能还是会流向它要去的地方。

你遵循“道”并将其作为你的处事原则,就是要对事物的自然趋势保持敏感,不浪费精力与之抗争,而是顺势而为,而非逆势而为

扩展一下水的比喻,一个泳技糟糕的游泳者在水中乱扑腾,制造了很多噪音和骚动,但却没有真正前进。而道家,则是在水中冲浪(译注:借助波浪,顺势而为)。

那么什么是Go语言之道呢?如果我们以一种敏感的、聪明的方式来进行Go的软件开发,遵循语言和问题的自然轮廓,而不是试图用推土机把它们推开,那会是什么样子呢?让我们试着建立一些一般原则

一. 仁慈(Kindness)

我有三宝,持而保之。一曰慈(kindness),二曰俭(simplicity),三曰不敢为天下先(humility,谦逊)。- 《道德经》

用仁慈(译注:最大程度的善意)和同情心编写程序是什么意思呢?它意味着我们为人而不是为计算机写代码。人容易犯错,没有耐心,缺乏经验,注意力不集中,而且在其他方面也不完美。我们可以通过在Go代码的设计和细节上花些心思,使大家的生活(和工作)变得更加轻松。

我们可以善待我们的用户:给我们的库起一个描述性的名字(译注:比如像net、os这样的名字),让它们容易导入,提供良好的文档,并为它们提供宽松的开源许可。我们可以设计深度抽象,让用户利用小而简单的API来访问强大而有用的行为。

我们可以善待那些运行我们程序的人,使他们易于安装和更新,要求最少的配置和依赖,捕捉最常见的使用错误和运行时的错误,给用户提供有用的、准确的和友好的信息,告诉他们出现了什么错误以及如何解决。

聪明是一种天赋,仁慈是一种选择。 – 杰夫・贝佐斯

我们可以通过尽可能的清晰(clear)、简单(simple)和明确(explicit)来善待那些不得不阅读我们代码的人。我们可以给类型和函数起一个在上下文中有意义的名字,让用户用我们的抽象概念在直接的、逻辑的组合中创建自己的程序。我们可以通过遵守惯例、实现标准接口和以明显的方式做明显的事情来消除认知上的障碍和速度上的障碍。

在代码审查中,我们保持温和并多用鼓励性的语言。我们在别人的工作中找到值得称赞的地方,我们不会因为别人犯错或忽略细节而把他们当成傻瓜。如果我们对自己坦诚,我们会承认我们也会犯同样的错误。我们也知道,接受批评对我们来说是痛苦和困难的,但我们可以用仁慈来调节以应对对自己的批评。

最后,我们也要对自己仁慈,通过编写优秀的测试,使我们的程序在未来容易理解、修正和改进,当我们发现错误或设计缺陷时,不要对自己生气。

一旦代码仓库变成了意大利面条,就几乎不可能修复。 – John Ousterhout, 《软件设计的哲学》

另一个对我们未来的自己和我们的继任者仁慈的方法是,对程序的结构和整体设计进行小的、持续的改进。好的程序能活很久(当然,有一些糟糕的程序也能活很久),许多小改动的累积效应通常会使代码库变得混乱、复杂和笨拙。我们可以花一点额外的时间来帮助避免这种情况的发生,每当我们为某些事情访问代码库时,我们就可以重构和清理它。因为我们很少有机会从头开始重写系统,所以长期投入少量时间进行微改进是保持系统健康的唯一实用方法。

二. 简单(Simplicity)

“道”教给我们的第二种美德是节俭(frugality)、谦虚(modesty)、简单(simplicity):以小博大,消除杂乱。Go本身就是一种“节俭”的语言,拥有较少的语法和表面积(译注:可能是较少的API的意思)。它并不试图做所有的事情,或者取悦所有人

我们的生活被琐碎的细节浪费掉了。简化,再简化”— 亨利・大卫・梭罗《瓦尔登湖》

我们也应该这样做,使我们的程序小而聚焦,不混乱,做好一件事。深度抽象为强大的机器提供了一个简单的接口。我们不会让用户为了获得调用我们库的特权而做大量的文书工作。只要我们能够为最常见的情况提供一个简单的API和合理的默认值,我们就会这么做。

灵活性是一件好事,但我们不应该试图处理每一种情况,或提供每一种功能。可扩展性是很好的,但我们不应该为了我们目前还不需要的东西做出妥协而损害一个简单的设计。事实上,一个简单的程序比一个复杂的程序更容易扩展。

我有最简单的口味。我总是对最好的东西感到满意。 – 奥斯卡-王尔德,引自Edgar Saltus,”奥斯卡-王尔德,一个闲人的印象”

我们不会用函数、类型、接口、回调、参数和功能选项(options)来压垮用户。最小的API是最好的,因为它需要最少的知识来使用。我们不会用几十个包和子文件夹的子文件夹来将我们的module复杂化。我们不会采用无休止的命令行标志或要求用户编写冗长的配置文件。

我们满足于重复大块的代码,而不是纯粹为了满足我们保持代码不重复的愿望而发明不必要的抽象概念。如果我们可以通过为几种不同的类型实现相同的函数来解决问题,我们就不写复杂的代码生成器或泛型函数(译注:Go 1.18泛型落地后,有些时候使用泛型函数感官上代码更为简洁)。如果一个方法自然有点长,我们会让它长,而不是积极地把它重构为不必要的子函数,只是为了让每个子函数都能有几行长。

如果一个就够了,我们就不写十个测试。如果只需要一个函数,我们就不创建一个接口。我们不要让用户实现我们的接口,而是要实现他们的接口。

谁能出不由户,何莫由斯道也? – 孔子

我们是明确的/显式的(explicit);我们避免魔法。我们不在没有帮助的地方使用并发性。我们让包自成一体,与其他包解耦,我们避免让一个包或API的类型泄漏到我们代码库的其他部分。我们设定明显的内部和外部界限,并加以执行。

我们节约资源;我们避免泄漏,并在必要时使用尽可能少的内存或CPU。我们高效地处理数据流,而不是将其放入大块的内存中。我们产生的垃圾越少,需要收集的就越少。我们不在不需要的地方传递Context。

我们不纠结于性能问题。Go是高性能的。但我们的代码可能不需要这么快;至少,不需要以牺牲简单性为代价来换取高性能。

正如Go谚语所说:我们接受接口值。这样我们就需要对它们是什么做出最少的假设,但我们会返回具体的值(结构),这样用户就不用为它们编写大量的类型断言。

三. 谦逊(Humility)

第三件宝物是谦逊。像水一样,道家寻求低调,不争,不比,不试图打动别人。Go本身是谦逊和务实的:它没有其他语言的所拥有高科技功能特性和理论优势。事实上,它故意忽略了许多其他语言的重要卖点。它的设计者对创造一种令人印象深刻的编程语言或在人气调查中名列前茅并不感兴趣,而是想为人们提供一种小型而简单的工具,以最实用和最直接的方式完成有用的工作。

Go认识到我们很容易犯错,因此它提供了很多方法来保护我们不犯错。它负责分配内存,清理我们已经用完的东西,并警告我们有未使用的包导入或变量。它是为那些知道自己不是什么都懂,并且了解自己的错误倾向的人(换句话说,是谦虚的人)设计的语言。

最危险的错误是没有认识到我们自己的错误倾向。 – 巴塞尔-利德尔-哈特

作为Go程序员,我们写代码不要显得过于聪明,我们通过这种方式来保持谦逊。我们写代码并不是为了给大家留下我们是多么了不起的程序员的印象:相反,我们满足于做明显的事情。我们清楚而直截了当地表达自己,而不觉得有必要把自己的个性强加在代码中。

当标准库能解决问题时,我们就使用它,而只有在它不能解决问题时才使用第三方库。如果有一个堪称事实标准的包,我们就使用它:如果它对别人足够好,对我们也足够好。

我们避免通过panic或调用os.Exit或log.Fatal来意外地终止用户的程序,因为我们认识到,我们没有足够的智慧来事先确定问题是否真的是致命的。相反,我们会在问题发生时处理一切可以处理的事情,而当我们不能处理时,我们会谦逊地返回一个错误,并提供有用的上下文信息,让我们的用户来决定如何处理。

我们可以认识到,我们并不了解所有的事情,我们也无法做出非常准确的预测(尤其是对未来的预测),所以我们不应该浪费时间和精力来预先设计我们可能永远不需要的东西。我们不认为我们最了解其他的软件是否会想和我们的软件一起使用,所以我们不会硬性规定对它的依赖。

我们假设我们写的任何东西都会包含bug,所以我们写了详尽的测试代码,试图引出意外的行为或不正确的结果。我们明白不可避免地会有一些我们不知道或无法正确预测的重要事情,所以我们不会为了现状而过多地优化代码,因为很多工作最终都会被浪费掉。

以学生的姿态(不断学习),永远不要觉得已经长大而不问问题,永远不要觉得知道得太多而拒绝学习新事物。- 奥格·曼狄诺, 《世界上最伟大的销售员》的作者

当我们审查别人的代码时,我们不会自动假设我们是最了解的:我们很乐意向任何有东西可以教我们的人学习。如果有些东西看起来很奇怪或不对,我们就会问:”从什么角度看这是有意义的?我没有什么信息可以解释为什么这是必要的?”

我们把我们的评论当作问题,以真诚而不是讽刺的方式提出:这有必要吗?如果……会怎样?你有没有考虑过……?如果……会不会更好?我们尊重别人的时间,就像尊重自己的时间一样,所以我们不要求他们提供不必要的信息,或者只为了符合我们喜欢的风格而做出微小的改变,或者坐在走形式的会议中浪费时间,或者写多余的状态报告。

我们知道我们并不总是正确的。明智的人可以以一种文明和建设性的方式对事情提出异议。如果我们把人们当做白痴,那么当他们反应不好的时候就不应该感到惊讶。相反,我们一开始就假设对方是理性的、体面的,并根据他们对情况的最佳理解,真诚地行事。有时情况并非如此,但这仍然是正确的默认假设,直到他们最终证明不是这样。

在要求别人审查自己的代码之前,我们会谦虚地审查自己的代码,因为如果我们这都懒得做,他们为什么要做?我们花时间逐行阅读,像一个新的用户或开发者那样阅读,遵循逻辑逐一论证:从哪里开始阅读是否很清楚?程序是否在一开始就引入了关键的类型或常量并说明它们是如何使用的?命名是否清楚并准确地指明了它们的作用,或者它们在十几次重构中是否变得混乱和过时了?程序是否整齐自然地融入了它的结构,或者它在某些部分过度堆砌,而在其他部分奇怪地留下了空白?

因为我们没有被自己的聪明和优雅所束缚,我们不需要把三四个不同的想法塞进一行代码中。相反,我们把逻辑清晰、简单、显式地列出,一步一步地,一个一个地陈述,一点一点地,以读者所期望的方式准确地做必要的事情。在无法做到这一点的地方,我们会不厌其烦地向读者解释他们需要知道什么才能理解发生了什么。

因为我们知道我们不是天才,我们不可能把程序写得那么出色,不言自明,所以我们在解释上花了一些功夫。我们为代码提供文档,不仅说明程序的作用,而且说明如何用它完成用户可能想要做的事情。文档还包含了详细的使用例子,准确地显示出需要做什么,从头开始,以执行现实的任务,当它完成时,用户应该期望看到什么,以及他们接下来应该做什么,并且我们严格地定期检查这些例子,以确保它们仍然有效。

四. 无为(Not Striving)

我们已经谈到了一些将仁慈、简单和谦逊这三件宝物应用于用Go编写软件的方法。这些品质已经存在于每个人身上,即使它们在一些人身上隐藏得很好。同样地,每个人都已经知道如何在编程和生活中遵循“道”。的确,他们不能不这样做。但是,一旦你理解了这个事实,并停止在所有事情上做这样的挣扎,生活就会变得更加有趣。

道给我们的最后一个教导是无为(not striving)。这有时会被误解为懒惰、退缩或被动;恰恰相反。努力工作并不总是意味着工作出色。我们都知道那些长期忙碌的人,总是匆匆忙忙,手忙脚乱,活动频繁,但他们似乎从未真正取得过什么成就。而且,他们过得很痛苦,因为他们也知道这一点。

相反,我们经常在别人看来我们什么都没做的时候以最佳状态完成我们的工作:在一个美丽的日子里在河边散步,或者坐在门廊上看蜘蛛结网。如果我们能聪明地从忙碌中停下来,只需一分钟,正确的想法往往就会直接出现在我们的头脑中。

与其把每个问题都当作要攻击的敌人、要攀登的山峰或要拆毁的墙壁,我们可以使用“无为”原则(有时“不强迫(not forcing)”会是更好的翻译)。我们可能都有过这样的尴尬经历:无果地推一扇顽固的门,最后才意识到这扇门对拉动的反应更好。在我们的日常工作中,我们忽略了哪些小迹象表明我们应该拉而不是推?

解决问题的心态是好的,但消除问题则更好。我们怎样才能重新规划这个问题,使其消失?对需求的重述会使解决方案变得微不足道,甚至显而易见?是否有一个简单而优雅的设计是我们没有看到的,因为我们专注于一些被证明是不相关的细节?我们是否可以不用尝试解决这个问题?最好的优化是根本不做这件事。

把编程和打字混为一谈是一个常见的错误。如果有人只是坐在那里盯着空间,那就不像是在做什么有用的事情。但是,如果他们在键盘上疯狂地敲击,我们就会认为他们在做什么。事实上,真正的编程发生在打字之前,有时甚至代替了打字。当我们构思了一段非常好的程序,我们唯一需要按的键往往是删除键。

真正有趣的是,你不需要相信我的话来证明道家原则在编程中的有效性,或者在生活的其他领域。世界本身会教你什么是有效的,什么是无效的,以及如何分辨它们。在行使你的仁慈、简单和谦逊方面做一些小实验,看看会发生什么,感觉如何。

你不必称它为“道”,如果这让你感到恼火。这只是一个人为编造的词。如果你一直知道做事情有正确的方法和错误的方法,而且你认为我只是用了一个花哨的中文名字而没有说什么新的或有价值的东西,你是对的。

下次你遇到问题时,试一次不努力或不强迫,看看是否可以温和地鼓励问题自己解决。如果你发现自己在努力把水牛送到你想去的地方,就不要再挣扎了。问问自己,你是否能找到水牛想去的地方,也许那可能不是它的最佳位置。


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