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2024年Go语言盘点:排名历史新高,团队新老传承

本文永久链接 – https://tonybai.com/2024/01/06/the-2024-review-of-go-programming-language

2024年底,由于感染了甲流,我在家卧床休息了两天,原定于2024年进行的Go语言盘点写作因此被迫推迟。不过,我始终相信:迟到但不会缺席。在2025年元旦的第一天,我终于开始了这篇博客的撰写。

时间过得真快,《2023年Go语言盘点:稳中求新,稳中求变》依然历历在目。转眼之间,一年365天过去了,发生了许多事情,甚至有些记忆已在脑海中模糊或消逝。在这里,我将带你盘点那些关于Go的重要时刻,唤起你对Go的美好回忆。

回顾整个2024年,如果非要用一句话来形容Go语言的状态,我会选择:Go完成了技术成熟度曲线中的“稳步爬升复苏期”,开始进入“生产成熟期”。这一点在Go的排名中得到了直接体现,并在Go社区的活跃度方面得到了间接的印证。而Go的年中换帅似乎也预示着这是一个新的起点!在过去一年中,得益于Go团队和社区的共同努力,Go发布了许多值得关注的新特性。

接下来,我将为大家逐一详细介绍!

1. Go排名创历史新高

说到编程语言排名,程序员们首先想到的就是TIOBE!在2024年的TIOBE排行榜上,尽管Go语言没有像AI时代的霸主语言Python那样耀眼,但跻身前十并站稳第七名这一成绩也足以让其他语言羡慕不已!


图:2024年12月TIOBE排名TOP 10

而从2009年开源至今,Go在TIOBE排名走势如下:


图:2010年-2024年TIOBE排行榜Go语言走势

了解Go历史的朋友都知道,Go语言真正具备生产级成熟度是从2015年的Go 1.5版本开始的。按照技术成熟度曲线的划分,2015年之前及其后的一段时间可以视为技术萌芽期。从曲线中可以看出,2017年时达到了期望膨胀期的峰值。此后,Go经历了一段“漫长”的泡沫破裂低谷期以及稳步爬升的复苏期。从2023年开始,到2024年末,Go语言复苏的速度日益加快!目前来看,如无意外,Go将进入技术成熟度曲线的下一阶段:生产成熟期!我曾提到过:绝大多数主流编程语言将在其诞生后的第15至第20年间大步前进。按照这个编程语言的一般规律,刚刚迈过开源第15个年头的Go刚刚迈进自己的黄金5-10年。

当然,单看TIOBE单一榜单似乎说服力不足,我们再来看看今年的Github octoverse报告。在这份报告中,Go依旧稳居github热门编程语言前10(如下图),这一位置已经保持了三年多了!


图:2024年Github最热门编程语言排行榜

此外,在2024年年中发布的“IEEE Spectrum 2024编程语言排行榜”中,Go在Spectrum排名和Trending排名中分列第8位和第7位。

除了排行榜之外,通过Reddit中编程语言论坛的活跃度也可以看出Go语言在全球的受欢迎程度和用户广度。以下是2025年1月1日Reddit上最活跃的9门编程语言子论坛的实时状态截图:


图:2025.1.1 Reddit编程语言子论坛状态对比

我们看到Go子论坛在成员数量和某一时刻的在线人数上都表现良好。此外,如果你是长期关注Reddit Go论坛的Gopher,一定注意到自2024年初以来,Go论坛的人气迅速增长,日均帖子数相比前两年显著增加,其中很多都是新加入Go阵营的初学者!

注:Rust的人气是真高啊,online人数断崖领先!

编程语言技术大会是衡量语言流行度和受欢迎程度的另一重要风向标。自从全球从新冠疫情中恢复后,GopherCon逐渐在各地线下恢复,到了2024年基本回到了疫情前的状态,甚至在一些地方的GopherCon还超越了以往的受欢迎程度。例如,2024年GopherCon欧洲大会破例举办了两次。此外,首届在非洲举行的GopherCon Africa也于2024年10月份在肯尼亚首都内罗毕成功举行!唯一的遗憾是GopherChina在2024年缺席,这或许与国内的经济形势有关。

Go的增长趋势来的有些快,不知道是否是得益于AI应用的快速发展!但就像Go团队前成员Jaana Dogan(Rakyll)所说的那样:

Go将成为AI时代重要的AI应用开发语言!AI大模型三强:OpenAI、Claude和Google都提供了对Go SDK的官方支持:

  • OpenAI Go SDK – https://github.com/openai/openai-go
  • Claude GO SDK – https://github.com/anthropics/anthropic-sdk-go
  • Google AI Go SDK – https://github.com/google/generative-ai-go

此外,提到Go和AI大模型,我们不得不提及一个重量级的开源项目——Ollama,它可以说是当前私有部署和使用开源大模型的事实标准!在2024年的用户调查报告中,Go团队还特别关注了用户对使用Go开发AI应用的需求,并将AI应用开发视为Go应用的下一个重要赛道。此外,Russ Cox也积极参与这一领域,开源了专用于开源项目运营维护的AI机器人:Oscar,同时探索Go在AI领域的应用。

如果说Go的排名再创新高让Gopher和Go社区对Go充满了更多自信,那么Go团队的换帅则向整个编程语言界展示了团队的传承与发展!

2. Go团队换帅展示团队传承

对于Go团队来说,2024年的最大的事件不是Go 1.22Go 1.23的发布,而是团队换帅

2024年中旬,Go团队的技术负责人Russ Cox宣布,他将于2024年9月1日起卸任Go项目的技术领导职务。自2008年参与Go项目以来,Russ于2012年成为其技术负责人。在过去的12年里,他引领Go语言从一个实验性项目成长为当今最受欢迎的编程语言之一。在他的带领下,Go凭借简洁的语法、高效的并发模型和强大的标准库赢得了众多开发者的青睐,并在云计算、微服务和DevOps等领域得到了广泛应用。

Russ分享了他卸任的想法,表示这一决定是经过深思熟虑的,是自然发展的结果。他认为,尽管长期稳定的领导对大型项目至关重要,但领导层的变动也能为项目注入新的活力和视角。他强调,定期更换领导者是非常重要的,这有助于引入新思想并防止项目陷入停滞。

接替Russ Cox的是Austin Clements,他将成为新的Go技术负责人,同时领导Google的Go团队和整个Go项目。Austin自2014年起就在Google从事与Go相关的工作,拥有丰富的经验和深厚的技术背景。同时,Cherry Mui将接手负责编译器和运行时等“Go核心”领域的工作。Cherry自2016年加入Google,在Go的核心开发领域表现出色。Russ Cox对这两位新领导给予了高度评价,称赞他们具备卓越的判断力以及对Go语言和其运行系统的广泛而深入的理解。

通过9月份到12月份的角色过期期的观察来看,两位“新负责人”的表现是中规中矩,沿袭了Russ Cox之前确定的Go项目管理框架,Cherry Mui在Go core领域表现的十分积极,这从”Go compiler and runtime meeting notes“的记录中可见一斑!

第333期GoTime播客中,两位新leader也初步分享了他们对后续Go演进的一些想法。

Austin强调,虽然Go保持着稳定和简洁,但它必须继续演进。他的首要目标之一是改善Go的可扩展性,无论是在开发过程中还是在背后的工程流程中。他希望通过提高透明度和扩大社区参与度,赋能社区,创建一个能够更好整合用户反馈的平台(可能是一个论坛),使贡献者能够开发与核心团队目标一致的工具和解决方案。在性能改进方面,Austin长期致力于优化Go的垃圾回收系统,目前正在试验一种新算法,幽默地称其为“绿茶”,旨在优化资源使用,进一步提升Go在越来越大系统上的扩展能力。

Cherry则指出,Go的用户基础正在快速增长,而核心团队的资源却有限。她的任务是确保Go平台能够支持这一日益增长的社区,无论是通过构建更好的API还是平台,帮助用户在Go的基础上开发更强大的工具和解决方案。在技术扩展性方面,Cherry也表达了自己的关注。随着计算能力的提升,核心数量和内存容量不断增加,Go需要适应,以高效处理更大的工作负载。Cherry表示,她非常期待与社区中的工程师合作,解决这些挑战,保持Go简单且可扩展的声誉。

从两位领导的想法与目标中,我们可以看到Go团队传承的文化。对于这样的“换帅”,Go社区应充满信心。

注:GoTime博客在完成其第340期内容后,因平台方Changelog的变动宣布停播了!

3. Go Release新特性一览

对于已经过了15个生日的Go来说,其演进的节奏已经非常稳定和成熟了。2024年,Go平稳地发布了两个重要版本:Go 1.22和Go 1.23。下面我们就来简单浏览一下这两个版本的主要新特性。

3.1 Go 1.22主要新特性

语言特性

  • loopvar语义修正:for循环中通过短声明定义的循环变量,由整个循环共享一个实例变为每次迭代定义一个实例。这是 Go 语言发展历史上第一次真正的填语义层面的“坑”。
  • for range支持整型表达式:for range循环可以遍历整型范围,如for i := range 10。

编译器和运行时

  • PGO优化增强:基于PGO的构建可以实现更高比例的调用去虚拟化(devirtualize),带来性能提升。
  • 编译器优化:编译器可以更多地运用devirtualize和inline技术进行优化。
  • 运行时优化:运行时可以使基于类型的垃圾收集的元数据更接近每个堆对象,从而降低CPU和内存开销。

工具链

  • go work支持vendor:go work命令可以管理vendor目录,并且支持使用go build -mod=vendor构建。
  • go mod init改进:不再尝试导入其他vendor工具(比如Gopkg)的配置文件。
  • go test -cover改进: 对于没有测试文件的包,会报告覆盖率为0.0%。

标准库

  • math/rand/v2: 标准库第一个V2版本包。
  • 增强http.ServeMux的表达能力: 新版ServeMux支持静态路由、通配符、主机匹配和变量捕获。

3.2 Go 1.23 主要新特性

语言特性

  • 自定义函数迭代器:for range语句支持遍历用户自定义的集合类型,需要定义满足特定签名的迭代器函数。
  • 别名中增加泛型参数:支持在类型别名定义中使用类型参数,如:
type MySlice[T any] = []T

编译器与运行时

  • PGO构建速度提升: 该版本优化后,PGO带来的编译开销显著降低。
  • 限制对linkname的使用: Go 1.23禁止使用linkname指令引用标准库中未标记的内部符号。

工具链

  • Telemetry (遥测): go工具链程序收集性能和使用数据的系统,且支持go telemetry on|off|local命令。
  • go env -changed: go env子命令增加-changed选项,可以查看当前Go环境中设置的Go环境变量值与默认值有差异的项的值。
  • go mod tidy -diff: go mod tidy增加-diff选项,只打印更新信息但不做实际更新。
  • go.mod中增加godebug指示符: 可以通过该指示符设置特定的GODEBUG选项。

标准库

  • Timer/Ticker变化: Timer和Ticker的GC不再需要Stop方法,Stop/Reset后不再接收旧值。
  • structs包: 添加一个零size的类型HostLayout,用于控制编译器对结构体类型的布局方式。
  • unique包: 新增了unique包,用于处理唯一值的集合。
  • iter包: 新增了iter包,并增加了函数迭代器相关的实用函数到maps、slices等包中。

更多更详细关于Go新特性的内容,请阅读《Go 1.22中值得关注的几个变化》和《Go 1.23中值得关注的几个变化》。

4. 2025展望

按照Go演进的一贯风格,我本不该对Go抱有过多期待^_^,但还是忍不住想说几句。

Go已经稳稳地占据了云计算领域的头部后端编程语言地位,在多个编程语言排行榜上名列前茅,Go社区也在健康快速地发展。然而,机遇与风险总是并存。

虽然Go在云原生、Web服务、微服务、API和CLI开发方面拥有明显优势,但也面临着来自Rust等语言的挑战。Go需要进一步巩固其在这些优势领域的地位,同时探索一些能够发挥自身优势的新方向,例如AI应用开发等。

同时,我们期待新一代Go团队领导者,尤其是来自Go编译器和运行时组的领导者们,能够深入打磨和优化Go语言的编译器、运行时性能以及语言互操作性。毕竟,谁不喜欢那种因性能自然增长而带来的愉悦感,以及借助其他语言优势生态快速完成功能的灵活性呢!

最后,感谢Go团队和Go社区在Go语言演进发展上做出的贡献,希望Go越走越好!


Gopher部落知识星球在2024年将继续致力于打造一个高品质的Go语言学习和交流平台。我们将继续提供优质的Go技术文章首发和阅读体验。同时,我们也会加强代码质量和最佳实践的分享,包括如何编写简洁、可读、可测试的Go代码。此外,我们还会加强星友之间的交流和互动。欢迎大家踊跃提问,分享心得,讨论技术。我会在第一时间进行解答和交流。我衷心希望Gopher部落可以成为大家学习、进步、交流的港湾。让我相聚在Gopher部落,享受coding的快乐! 欢迎大家踊跃加入!

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一文搞懂如何在Go包中支持Hash-Based Bisect调试

本文永久链接 – https://tonybai.com/2024/mm/dd/how-to-support-hash-based-bisect-in-go-package

bisect是一个英文动词,意为“二分”或“分成两部分”。在数学和计算机科学中,通常指将一个区间或一个集合分成两个相等的部分。

对于程序员来说,最熟悉的bisect应用莫过于下面两个:

  • 算法中的二分查找(binary search)

二分查找是一个经典且高效的查找算法,任何一本介绍数据结构或计算机算法的书都会包含对二分查找的系统说明。所谓二分查找就是通过不断将搜索区间一分为二来找到目标值。一些排序算法也应用了bisect的思想,比如快速排序(QuickSort)等。

  • git bisect

git bisect是一个非常实用的Git命令,它通过二分查找的方式有效缩小可能导致错误的提交范围,帮助开发人员快速定位引入错误的提交。其工作原理是反复从版本控制系统中检出不同的提交并运行测试,将结果标记为“good”或“bad”。这个过程持续进行,直到找到引入bug的具体提交(bad commit):

git bisect特别适用于当你怀疑某个bug是由于代码库历史中的特定更改引起时,这种情况在日常开发中非常常见。

然而,并非所有的bug都能通过git bisect查找出来。尤其在编译器、运行时库以及大型复杂项目中,问题往往潜藏在难以排查的调用栈、数据流或代码路径中。在这些情况下,git bisect这种传统的工具可能会显得力不从心。

注:如果你还不熟悉git bisect的使用方法,可以参考本文后面附录中的入门示例。

在今年7月份,Go团队前技术主管Russ Cox在他的博客上发表了一篇题为“Hash-Based Bisect Debugging in Compilers and Runtimes”的文章,介绍了Go编译器和运行时团队内部使用的高级调试技术——Hash-Based Bisect。这一技术为我们提供了一种全新的问题定位方式。

在这篇文章中,我将带领大家深入了解Hash-Based Bisect这一高级调试技术,探索如何让我们自己的Go包支持这一调试技术,以及如何在日常开发中帮助我们快速定位一些难以排查的潜在问题。

1. Hash-Based Bisect是什么

前面提到过,git bisect常用于代码提交历史的回归问题排查。然而,当问题不是由提交历史引发,而是涉及程序行为的动态变化时,git bisect便显得无能为力。例如:

  • 某些代码路径或优化规则在特定运行时触发错误。
  • 测试程序在调用栈中的某些路径上表现异常。
  • 多线程或并行执行中,因运行时调度导致的问题。

Hash-Based Bisect正是为了解决这些问题而设计的。它突破了静态版本的局限,将调试范围扩展到了动态行为层面。

那么Hash-Based Bisect究竟是什么技术呢?它是一种基于哈希值和二分搜索的调试技术,旨在快速定位复杂程序中导致问题的最小变化点集合。通过为代码中的变化点(如函数、行号或调用栈)生成唯一的哈希值,该技术将程序行为映射到这些标识符上。接着,通过逐步启用或禁用特定变化点,结合测试程序的运行结果,递归缩小问题范围,最终定位问题根源(某几行代码甚至是某一行代码):

与git bisect专注于找到引入错误的提交不同,基于散列的bisect不会去遍历版本历史,而是直接对代码的结构和执行流进行操作,其调试的结果也不会与特定提交相关,而是与代码与特定执行路径或功能的交互相关,即精确定位特定的代码行,函数调用,甚至是触发失败的调用堆栈

下面我们再来仔细说明一下该技术的工作原理。

2. Hash-Based Bisect的工作原理

Hash-Based Bisect的核心在于利用哈希值为程序的变化点(如函数、代码行、调用栈等)分配唯一标识,并通过二分搜索算法,逐步缩小问题范围。它通过动态启用或禁用这些变化点,结合测试结果判断问题是否被触发,从而定位导致问题的最小变化集。

这个方法有两个关键要素:

  • 变化点的唯一标识

在Russ Cox的文章中,他提及了一些传统的二分方法,比如List-Based Bisect-Reduce、Counter-Based Bisect-Reduce等,但这些方法存在编号顺序不稳定、多变化点调试困难、扩展性有限以及不适合并发或动态场景等问题。

而通过哈希函数生成变化点的标识,确保无论代码执行顺序、环境或并发情况如何,变化点的标识始终唯一且稳定的。同时输入更为简洁,通过简短的哈希模式(如001+110),避免长列表或复杂编号,并且可适配多种问题类型(优化规则、运行时行为、动态调用栈等)。

  • 二分搜索

利用二分搜索算法在运行时动态启用和禁用变化点,高效缩小问题范围,减少需要手动排查的复杂度。

下面我们再通过Hash-Based Bisect的典型工作流程来进一步理解它的原理。

首先是定义变化点

将程序中可能导致问题的变化点抽象出来,比如:

  • 函数(函数名、文件路径)
  • 代码行(文件路径和行号)
  • 调用栈(运行时捕获)

接下来,生成变化点的唯一哈希值

以Go当前的hash-based bisect工具以及支持该工具调试的Go包为例,对于每个变化点,Go包需要通过bisect.Hash方法生成哈希值,用于唯一标识。例如:

id := bisect.Hash("foo.go", 10) // 生成foo.go文件第10行的唯一标识。

第三步,利用二分搜索进行自动的递归测试。具体来说,就是通过二分搜索逐步启用或禁用变化点:

  • 启用一个变化点集合,运行测试程序,观察是否触发问题。
  • 根据测试结果缩小范围,继续递归,直到找到最小变化点集合。

最后,报告变化点,即最终输出导致问题的最小变化集,帮助开发者快速定位问题。

Russ Cox文章中给了一个“某个函数的编译优化规则导致测试失败”的例子,例子中包含一组数学函数:

add, cos, div, exp, mod, mul, sin, sqr, sub, tan

要针对这个问题场景使用hash-based bisect进行调试,第一步就是要定义函数变化点,并为每个变化点生成唯一哈希值标识:

add: 00110010
cos: 00010000
sin: 11000111
...

然后启用二分搜索,利用Hash-Based Bisect工具依次禁用某些函数的优化,逐步缩小范围。例如:

第一步:禁用add, cos, div, exp, mod,测试通过。
第二步:禁用mul, sin, sqr, sub, tan,测试失败。
第三步:进一步细分,最终定位sin为导致问题的函数。开发者只需检查该函数的优化规则即可解决问题。

原文章中,Russ Cox利用函数变化点哈希值的位后缀构建了一颗二叉树(如下图),并利用后缀模式的不同进行问题定位:


图来自Russ Cox博客

了解了大致的工作原理后,我们再来看看Hash-Based Bisect在Go项目中的使用现状。

3. Hash-Based Bisect在Go项目中的使用现状

目前Hash-Based Bisect已经成为Go项目编译器和运行时的重要调试工具之一,其工具链(golang.org/x/tools/cmd/bisect)和库(golang.org/x/tools/internal/bisect)提供了强大的功能支持,帮助Go团队在编译器开发、运行时库升级和语言特性修改等场景下快速定位问题。

Go实现的hash-based bisect调试技术包含两部分:

bisect命令行工具可用于驱动测试运行(如go test)并自动化调试过程,支持灵活的模式定义(如-godebug、-compile选项),结合用户输入定位问题点。

  • golang.org/x/tools/internal/bisect包

该包为库和工具开发者提供一个接口,轻松实现与bisect工具的集成。并且提供了哈希生成、启用判断和变化点报告等功能,适配复杂调试需求。

上述工具目前在Go编译器的SSA(静态单赋值)后端开发、Go运行时库升级(比如Go 1.23的Timer Stop/Reset的新实现)以及语言特性的修改(比如loopvar语义变更)等方面都有重要的应用,大大提高了Go团队在定位复杂问题时的调试效率。

以上工具和包在Go项目中已经演化多年,颇为成熟。Russ Cox已经发起提案#67140,旨在将golang.org/x/tools/internal/bisect包发布为标准库debug/bisect包,这样编译器、运行时、标准库甚至标准库之外的包都可以基于它提供的功能实现与bisect工具的兼容,并利用bisect工具实现基于变更点hash值的高级调试。

讲到这里,屏幕前的你是否已经感到“迫不及待”了呢?这样优秀的工具!我们现在能否使用它?是否可以将其应用于我们自己的Go包的调试过程中呢?接下来,我就来用一个示例演示一下如何让我们自己的包支持Go bisect工具,以帮助我们提升调试效率。

4. 让你的库支持Hash-Based Bisect调试

要利用bisect调试技术,我们首先要解决的是bisect包位于internal中的问题,好在Russ Cox在实现bisect包时考虑了这个问题,bisect包没有任何外部依赖,连Go标准库都不依赖,这样避免了后续变为debug/bisect后导致标准库循环依赖的问题。现在,我们可以将它直接copy出来,放到我们自己的工程中使用。

下面是我准备的示例的目录结构:

$tree -F hash-based-bisect/bisect-demo
hash-based-bisect/bisect-demo
├── bisect/
│   └── bisect.go
├── foo/
│   ├── foo.go
│   └── foo_test.go
└── go.mod

其中bisect目录下的bisect.go来自github.com/golang/tools/blob/master/internal/bisect/bisect.go,foo包是我们这次要调试的目标包,我们先来看看foo.go的代码:

// bisect-demo/foo/foo.go

package foo

import (
    "bisect-demo/bisect"
    "flag"
)

var (
    bisectFlag = flag.String("bisect", "", "bisect pattern")
    matcher    *bisect.Matcher
)

// Features represents different features that might cause issues
const (
    FeatureRangeIteration  = "range-iteration"  // Using range vs classic for loop
    FeatureConcurrentLogic = "concurrent-logic" // Adding concurrent modifications
)

func Init() {
    flag.Parse()
    if *bisectFlag != "" {
        matcher, _ = bisect.New(*bisectFlag)
    }
}

func ProcessItems(items []int) []int {
    result := make([]int, 0, len(items))

    // First potential problematic change: different iteration approach
    id1 := bisect.Hash(FeatureRangeIteration)
    if matcher == nil || matcher.ShouldEnable(id1) {
        if matcher != nil && matcher.ShouldReport(id1) {
            println(bisect.Marker(id1), "enabled feature:", FeatureRangeIteration)
        }
        // Potentially problematic implementation using range
        for i := range items {
            result = append(result, items[i]*2)
        }
    } else {
        // Correct implementation using value iteration
        for _, v := range items {
            result = append(result, v*2)
        }
    }

    // Second potential problematic change: concurrent modifications
    id2 := bisect.Hash(FeatureConcurrentLogic)
    if matcher == nil || matcher.ShouldEnable(id2) {
        if matcher != nil && matcher.ShouldReport(id2) {
            println(bisect.Marker(id2), "enabled feature:", FeatureConcurrentLogic)
        }
        // Potentially problematic implementation with concurrency
        for i := 0; i < len(result); i++ {
            go func(idx int) {
                result[idx] += 1 // Race condition
            }(i)
        }
    }

    return result
}

大家可以结合前面提及的Hash-Based Bisect的典型工作流程来理解上面的代码。

首先,我们模拟可能导致问题的两个功能特性并定义了变化点,变化点由特性标识符的hash值标识,这里我们定义的特性标识符为:

const (
    // 使用有意义的特性名称作为 hash 的输入
    FeatureRangeIteration  = "range-iteration"  // 使用 range vs 经典 for 循环
    FeatureConcurrentLogic = "concurrent-logic" // 添加并发修改逻辑
)

接下来,对于每个可能有问题的变化点,都遵循相同的模式:

// 1. 计算特性的唯一Hash值
id1 := bisect.Hash(FeatureRangeIteration)

// 2. 检查是否应该启用该特性
if matcher == nil || matcher.ShouldEnable(id1) {
    // 3. 如果需要,报告该特性被启用
    if matcher != nil && matcher.ShouldReport(id1) {
        println(bisect.Marker(id1), "enabled feature:", FeatureRangeIteration)
    }

    // 4. 执行可能有问题的实现
    for i := range items {
        result = append(result, items[i]*2)
    }
} else {
    // 5. 执行正确的实现
    for _, v := range items {
        result = append(result, v*2)
    }
}

这里对matcher == nil的检查算是一个小优化:当不在bisect调试模式时,matcher为nil。此时我们直接启用所有特性,不需要计算hash和调用其他方法。

代码中的ShouldEnable()决定是否启用该特性的代码,ShouldReport() 决定是否需要报告该特性被启用。这两个可能返回不同的值,尤其是在bisect搜索最小失败集合时。

Marker()用于生成标准格式的匹配标记,这些标记会被bisect工具用来识别和追踪启用了哪些特性,标记会在最终输出中被移除,只显示实际的描述文本。

这里还有一个接收bisect pattern的设置,我们是通过命令行参数来接收bisect每次传给foo包的Pattern的,这里我们在Init函数,而不是init函数中调用Parse,是因为如果在init函数中调用Parse,会干扰go test测试框架,导致出现类似“flag provided but not defined: -test.paniconexit0”的测试执行错误。

下面是foo_test.go的代码:

// bisect-demo/foo/foo_test.go

package foo

import (
    "flag"
    "testing"
    "time"
)

func TestMain(m *testing.M) {
    flag.Parse()
    Init()
    m.Run()
}

func TestProcessItems(t *testing.T) {
    input := []int{1, 2, 3, 4, 5}
    result := ProcessItems(input)

    // Wait for all goroutines to complete
    time.Sleep(1000 * time.Millisecond)

    // Verify results
    if len(result) != len(input) {
        t.Fatalf("got len=%d, want len=%d", len(result), len(input))
    }

    // Check if results are correct
    for i, v := range input {
        expected := v * 2
        if result[i] != expected {
            t.Errorf("result[%d] = %d, want %d", i, result[i], expected)
        }
    }
}

显然为了foo包能成功获取命令行参数,我们重写了TestMain,在其中调用了foo.Init函数。

接下来,我们就来执行一下bisect工具,对foo包进行一下调试,你可以通过go install golang.org/x/tools/cmd/bisect@latest安装bisect。此外下面bisect命令行中的PATTERN是一个“占位符”,bisect命令会识别该“占位符”,并将其替换为相应的字符串,这个在bisect的执行过程中你也会看到:

// 在hash-based-bisect/bisect-demo/foo目录下执行

$bisect -v go test -v -args -bisect=PATTERN
bisect: checking target with all changes disabled
bisect: run: go test -v -args -bisect=n... ok (0 matches)
bisect: matches:
bisect: run: go test -v -args -bisect=n... ok (0 matches)
bisect: matches:
bisect: checking target with all changes enabled
bisect: run: go test -v -args -bisect=y... FAIL (2 matches)
bisect: matches:
[bisect-match 0xcf0b8943315a7804] enabled feature: range-iteration
[bisect-match 0x4d642a7960e4693f] enabled feature: concurrent-logic
bisect: run: go test -v -args -bisect=y... FAIL (2 matches)
bisect: matches:
[bisect-match 0xcf0b8943315a7804] enabled feature: range-iteration
[bisect-match 0x4d642a7960e4693f] enabled feature: concurrent-logic
bisect: target succeeds with no changes, fails with all changes
bisect: searching for minimal set of enabled changes causing failure
bisect: run: go test -v -args -bisect=+0... ok (1 matches)
bisect: matches:
[bisect-match 0xcf0b8943315a7804] enabled feature: range-iteration
bisect: run: go test -v -args -bisect=+0... ok (1 matches)
bisect: matches:
[bisect-match 0xcf0b8943315a7804] enabled feature: range-iteration
bisect: run: go test -v -args -bisect=+1... FAIL (1 matches)
bisect: matches:
[bisect-match 0x4d642a7960e4693f] enabled feature: concurrent-logic
bisect: run: go test -v -args -bisect=+1... FAIL (1 matches)
bisect: matches:
[bisect-match 0x4d642a7960e4693f] enabled feature: concurrent-logic
bisect: confirming failing change set
bisect: run: go test -v -args -bisect=v+x3f... FAIL (1 matches)
bisect: matches:
[bisect-match 0x4d642a7960e4693f] enabled feature: concurrent-logic
bisect: run: go test -v -args -bisect=v+x3f... FAIL (1 matches)
bisect: matches:
[bisect-match 0x4d642a7960e4693f] enabled feature: concurrent-logic
bisect: FOUND failing change set
--- change set #1 (enabling changes causes failure)
enabled feature: concurrent-logic
---
bisect: checking for more failures
bisect: run: go test -v -args -bisect=-x3f... ok (1 matches)
bisect: matches:
[bisect-match 0xcf0b8943315a7804] enabled feature: range-iteration
bisect: run: go test -v -args -bisect=-x3f... ok (1 matches)
bisect: matches:
[bisect-match 0xcf0b8943315a7804] enabled feature: range-iteration
bisect: target succeeds with all remaining changes enabled

简单解读一下这个bisect调试过程的输出。

bisect执行分为几个阶段:

  • 初始检查阶段

首先用-bisect=n禁用所有变更进行测试 → 测试通过(ok)
然后用-bisect=y启用所有变更进行测试 → 测试失败(FAIL)

这表明程序在没有任何变更时是正常的,但启用所有变更后会失败。

启用所有变更时观察到两个特性:

[bisect-match 0xcf0b8943315a7804] enabled feature: range-iteration
[bisect-match 0x4d642a7960e4693f] enabled feature: concurrent-logic
  • 二分查找阶段

测试+0(启用第一个变更:range-iteration)→ 测试通过(ok)
测试+1(启用第二个变更:concurrent-logic)→ 测试失败(FAIL)

这个过程帮助定位到具体是哪个变更导致了失败。

  • 确认阶段

使用v+x3f 模式再次确认 → 测试失败(FAIL)
明确找到了导致失败的变更集合:

--- change set #1 (enabling changes causes failure)
enabled feature: concurrent-logic
---
  • 最终验证

使用-x3f 模式(禁用确认的问题变更)进行测试 → 测试通过(ok)
确认启用其他所有变更(除了concurrent-logic)时程序都能正常运行。

从中得出调试结论:bisect工具成功定位到问题出在concurrent-logic特性上,range-iteration特性是安全的,不会导致测试失败。问题明确是在并发逻辑中的“故意”逻辑导致的,这符合我们的代码实现中的预期问题(在 concurrent-logic 特性中,我们确实故意修改了数据)。

5. 小结

在本文中,我们深入探讨了Hash-Based Bisect这一先进的调试技术,特别是在Go语言项目中的应用。Hash-Based Bisect通过为代码的变化点生成唯一的哈希值,结合二分搜索算法,帮助开发者快速定位复杂程序中的问题,超越传统的git bisect方法。我们还详细介绍了其工作原理、在Go项目中的现状,以及如何将这一技术集成到自己的Go库中,以提升调试效率。也许这里的示例也许并不恰当,但已经达成了我向你展示如何使用bisect工具和bisect包的目的。

尽管Hash-Based Bisect在定位复杂问题上表现出色,但感觉其当前设计仍存在一些不足,这些不足可能会影响开发者的使用体验,尤其是在将其集成到Go包或项目时,这个不足主要体现在对代码的侵入性上。为了支持Hash-Based Bisect,Go包需要显式实现与bisect工具交互的协议,包括支持从命令行或环境变量接收bisect传入的模式(pattern);需要在代码中创建bisect.Matcher对象,并调用ShouldEnable和ShouldReport接口来管理变化点;代码中必须为潜在变化点显式生成唯一的哈希值,并根据需要启用或禁用。

这种显式集成导致代码逻辑被调试相关代码“污染”,增加了代码复杂度和维护成本。对于一些简单的库或项目,开发者可能不愿为调试需求增加这种负担。

在\$GOROOT/src/cmd/compile/internal/base中,编译器相关代码就将bisect封装到了一个HashDebug结构中,一定程度上减少了代码的侵入深度以及手动集成的工作量。

此外,golang.org/x/tools/internal/bisect包尚未正式变为debug/bisect,后续其API是否会发生变化,尚不得而知,本文中的示例代码不保证在后续的Go版本调整后依然能够正确运行。

本文涉及的源码可以在这里下载。

6. 参考资料

7. 附录:git bisect使用示例

假设你有一个Go语言项目,并且发现最近的某次提交引入了一个问题(例如,某个测试用例失败了)。你希望使用git bisect找到引入该问题的具体提交。

你的项目目录设计如下:

my-go-project/
├── main.go
└── main_test.go

我们来建立这个示例项目:

// 在hash-based-bisect/git-bisect下面执行
$mkdir my-go-project
$cd my-go-project
$git init

创建main.go:

// main.go
package main

func main() {
    println("Hello, world!")
}

func Add(a, b int) int {
    return a + b
}

提交变更:

$git add main.go
git commit -m "Initial commit with Add function"
[master (root-commit) 16f8736] Initial commit with Add function
 1 file changed, 9 insertions(+)
 create mode 100644 main.go

创建main_test.go:

// main_test.go
package main

import "testing"

func TestAdd(t *testing.T) {
    if Add(2, 3) != 5 {
        t.Error("Expected 5, got something else")
    }
}

提交变更:

$git add main_test.go
git commit -m "Add test for Add function"
[master b7b3c44] Add test for Add function
 1 file changed, 9 insertions(+)
 create mode 100644 main_test.go

故意引入一个bug并提交变更:

$sed -i 's/return a + b/return a - b/' main.go
$git commit -am "Introduce a bug in Add function"
[master 977e647] Introduce a bug in Add function
 1 file changed, 1 insertion(+), 1 deletion(-)

添加一些其他提交(无关的变更):

$echo "// Just a comment" >> main.go
$git commit -am "Add a comment"
[master 25f88b0] Add a comment
 1 file changed, 2 insertions(+)

这里列出上面所有commit的list,便于后续对照:

$git log --oneline
25f88b0 (HEAD -> master) Add a comment
977e647 Introduce a bug in Add function
b7b3c44 Add test for Add function
16f8736 Initial commit with Add function

接下来,我们就可以演示git bisect了,先来演示一下手工bisect。

启动git bisect模式:

$git bisect start

标记当前最新提交为bad:

$git bisect bad

标记首次提交为good:

$git bisect good 16f8736
Bisecting: 0 revisions left to test after this (roughly 1 step)
[977e647e7461c4c03ee25e53728dd743af925f17] Introduce a bug in Add function

我们看到git bisect自动切换到一个中间的提交,我们需要验证这次中间提交是否能通过测试:

$go test
--- FAIL: TestAdd (0.00s)
    main_test.go:7: Expected 5, got something else
FAIL
exit status 1
FAIL    github.com/bigwhite/experiments/hash-based-bisect/git-bisect/my-go-project  0.006s

测试失败,我们将该提交标记为bad:

$git bisect bad
Bisecting: 0 revisions left to test after this (roughly 0 steps)
[b7b3c444f0fd55086e6ce36fb543a136a1611b61] Add test for Add function

git bisect又切换到了另外一个中间提交,我们用go test验证是否能通过:

$go test
PASS
ok      github.com/bigwhite/experiments/hash-based-bisect/git-bisect/my-go-project  0.005s

测试通过,我们将这个中间提交标记为good:

$git bisect good
977e647e7461c4c03ee25e53728dd743af925f17 is the first bad commit
commit 977e647e7461c4c03ee25e53728dd743af925f17
Author: Tony Bai <bigwhite.cn@aliyun.com>
Date:   Fri Nov 24 13:27:08 2024 +0800

    Introduce a bug in Add function

:100644 100644 e357c05d933724eb8b7c1aafee34b8f95913355e e65baa0414a2a1f983379c23ac549b7d8b056db3 M  main.go

我们看到:git bisect找到了一个bad commit,并显示“977e647e7461c4c03ee25e53728dd743af925f17 is the first bad commit”。

结束git bisect模式:

$git bisect reset

上面的过程可以使用git bisect run进行自动化,而无需中间手动多次的执行go test和标记,下面是一个等价的git bisect过程:

$git bisect start

$git bisect bad

$git bisect good 16f8736
Bisecting: 0 revisions left to test after this (roughly 1 step)
[977e647e7461c4c03ee25e53728dd743af925f17] Introduce a bug in Add function

$git bisect run go test
running go test
--- FAIL: TestAdd (0.00s)
    main_test.go:7: Expected 5, got something else
FAIL
exit status 1
FAIL    github.com/bigwhite/experiments/hash-based-bisect/git-bisect/my-go-project  0.006s
Bisecting: 0 revisions left to test after this (roughly 0 steps)
[b7b3c444f0fd55086e6ce36fb543a136a1611b61] Add test for Add function
running go test
PASS
ok      github.com/bigwhite/experiments/hash-based-bisect/git-bisect/my-go-project  0.006s
977e647e7461c4c03ee25e53728dd743af925f17 is the first bad commit
commit 977e647e7461c4c03ee25e53728dd743af925f17
Author: Tony Bai <bigwhite.cn@aliyun.com>
Date:   Fri Nov 24 13:27:08 2024 +0800

    Introduce a bug in Add function

:100644 100644 e357c05d933724eb8b7c1aafee34b8f95913355e e65baa0414a2a1f983379c23ac549b7d8b056db3 M  main.go
bisect run success

$git bisect reset
Previous HEAD position was b7b3c44 Add test for Add function
Switched to branch 'master'

我们看到通过git bisect run可以更快速地定位问题,而无需中间的手工操作,这是我们日常开发中主要使用的bisect手段!


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