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Go 1.21新特性前瞻

四月 26, 2023
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Go 1.21版本正在如火如荼地开发当中，按照Go核心团队的一年两次的发布节奏来算，Go 1.21版本预计将在2023年8月发布(Go 1.20版本是在2023年2月份发布的)。

本文将和大家一起看看Go 1.21都会带来哪些新特性。不过由于目前为时尚早，下面列出的有些变化最终不一定能进入到Go 1.21的最终版本中，所以切记一切变更要以最终Go 1.21版本发布时为准。

在细数变化之前，我们先来看看Go语言的当前状态。

1. Go语言当前状态

在《2022年Go语言盘点》一文中，我们提到年初Go语言的2022年终排名为12位，同时TIOBE官方编辑也提到：“在新兴编程语言中，Go是唯一一个可能在未来冲入前十的后端编程语言”。Go语言的发展似乎应验了这一预测，在今年的3月份，Go就再次进入编程语言排行榜前十：

一个月后的四月初，TIOBE排行榜上，Go稳住了第10名的位次：

在国内，在鹅厂前不久发布的《2022年腾讯研发大数据报告》中，

在国内，继Go在2021年从C++手中夺过红旗首次登顶鹅厂最热门编程语言之后，在鹅厂前不久发布的《2022年腾讯研发大数据报告》中，Go蝉联鹅厂最热门编程语言，继续夯实在国内头部互联网公司内的优势地位：

Go于2009年开源，在经历多年的宣传和鼓吹后，Go目前进入了平稳发展的阶段。疫情结束后，原先线上举办或取消的国内外的Go技术大会现在陆续又都开始恢复了，相信这会让更多开发人员接触到Go。像Go这样的能在世界各地持续多年举办技术大会的语言真是不多了。

接下来，我们就来聚焦到Go 1.21版本，挖掘一下这个版本都有哪些新特性。

2. 语言变化

目前Go 1.21版本里程碑中涉及语言变化的有大约2项，我们来看看。

2.1 增加clear预定义函数

Go 1.21增加了一个clear预定义函数用来做切片和map的clear操作，其原型如下：

// $GOROOT/src/builtin.go

// The clear built-in function clears maps and slices.
// For maps, clear deletes all entries, resulting in an empty map.
// For slices, clear sets all elements up to the length of the slice
// to the zero value of the respective element type. If the argument
// type is a type parameter, the type parameter's type set must
// contain only map or slice types, and clear performs the operation
// implied by the type argument.
func clear[T ~[]Type | ~map[Type]Type1](t T)

clear是针对map和slice的操作函数，它的语义是什么呢？我们通过一个例子来看一下：

package main

import "fmt"

func main() {
    var sl = []int{1, 2, 3, 4, 5, 6}
    fmt.Printf("before clear, sl=%v, len(sl)=%d, cap(sl)=%d\n", sl, len(sl), cap(sl))
    clear(sl)
    fmt.Printf("after clear, sl=%v, len(sl)=%d, cap(sl)=%d\n", sl, len(sl), cap(sl))

    var m = map[string]int{
        "tony": 13,
        "tom":  14,
        "amy":  15,
    }
    fmt.Printf("before clear, m=%v, len(m)=%d\n", m, len(m))
    clear(m)
    fmt.Printf("after clear, m=%v, len(m)=%d\n", m, len(m))
}

运行该程序：

before clear, sl=[1 2 3 4 5 6], len(sl)=6, cap(sl)=6
after clear, sl=[0 0 0 0 0 0], len(sl)=6, cap(sl)=6
before clear, m=map[amy:15 tom:14 tony:13], len(m)=3
after clear, m=map[], len(m)=0

我们看到：

针对slice，clear保持slice的长度和容量，但将所有slice内已存在的元素(len个)都置为元素类型的零值；
针对map，clear则是清空所有map的键值对，clear后，我们将得到一个empty map。

2.2 改变panic(nil)语义

使用defer+recover捕获panic是Go语言唯一处理panic的方法，其典型模式如下：

package main

import "fmt"

func foo() {
    defer func() {
        if err := recover(); err != nil {
            fmt.Printf("panicked: %v\n", err)
            return
        }
        fmt.Println("it's ok")
    }()

    panic("some error")
}

func main() {
    foo()
}

运行上面程序会输出：

panicked: some error

例子中我们向panic传入了表示panic原因的字符串，panic的参数是一个interface{}类型，可以传入任意值，当然也可以传入nil。

比如上面例子，当我们给foo函数的panic调用传入nil时，我们将得到下面结果：

it's ok

这可能会给开发者带去疑惑：明明是触发了panic，但函数却按照正常逻辑处理！2018年，前Go核心团队成员bradfitz就提出了一个issue：spec: guarantee non-nil return value from recover，提出当开发者调用panic(nil)时，recover应该返回某种runtime error，而不是nil。这个issue在今年被纳入了Go 1.21版本，现在该issue的实现已经被merge到了主干。

新的实现在src/runtime/panic.go中定义了一个名为PanicNilError的新Error：

// $GOROOT/src/runtime/panic.go

// A PanicNilError happens when code calls panic(nil).
//
// Before Go 1.21, programs that called panic(nil) observed recover returning nil.
// Starting in Go 1.21, programs that call panic(nil) observe recover returning a *PanicNilError.
// Programs can change back to the old behavior by setting GODEBUG=panicnil=1.
type PanicNilError struct {
    // This field makes PanicNilError structurally different from
    // any other struct in this package, and the _ makes it different
    // from any struct in other packages too.
    // This avoids any accidental conversions being possible
    // between this struct and some other struct sharing the same fields,
    // like happened in go.dev/issue/56603.
    _ [0]*PanicNilError
}

func (*PanicNilError) Error() string { return "panic called with nil argument" }
func (*PanicNilError) RuntimeError() {}

Go编译器会将panic(nil)替换为panic(new(runtime.PanicNilError))，这样我们用Go 1.21版本运行上面的程序，我们就会得到下面结果了：

panicked: panic called with nil argument

如果你的遗留代码中调用了panic(nil)(注：显然这不是一种很idiomatic的作法)，升级到Go 1.21版本后你就要小心了。如果你想保留原先的panic(nil)行为，可以用GODEBUG=panicnil=1。

有童鞋可能会质疑这违反了Go1兼容性承诺，但实际上Go1兼容性规范保留了对语言规范中不一致或错误的修订权力，即便这种修订会导致遗留代码出现与原先不一致的行为。

3. 编译器与工具链

每个Go版本中，编译器和工具链的改动都不少，我们挑重点看一下：

3.1 一些OS的最小支持版本的更新

Go 1.21开始，go installer支持最小macOS版本更新为10.15，而最小Windows版本为Windows 10。

3.2 低版本的go编译器将拒绝编译高版本的go module

从Go 1.21版本开始，低版本的go编译器将拒绝编译高版本的go module(go.mod中go version标识最低版本) ，这也是Russ Cox策划的Go扩展的向前兼容性提案的一部分。此外，Go扩展向前兼容性提案感觉比较复杂，可能不会全部在Go 1.21版本落地。

3.3 支持WASI

Go从1.11版本就开始支持将Go源码编译为wasm二进制文件，并在支持wasm的浏览器环境中运行。

不过WebAssembly绝不仅仅被设计为仅限于在Web浏览器中运行，核心的WebAssembly语言是独立于其周围环境的，WebAssembly完全可以通过API与外部世界互动。在Web上，它自然使用浏览器提供的现有Web API。然而，在浏览器之外，之前还没有一套标准的API可以让WebAssembly程序使用。这使得创建真正可移植的非Web WebAssembly程序变得困难。WebAssembly System Interface(WASI)是一个填补这一空白的倡议，它有一套干净的API，可以由多个引擎在多个平台上实现，并且不依赖于浏览器的功能（尽管它们仍然可以在浏览器中运行）。

Go 1.21将增加对WASI的支持，初期先支持WASI Preview1版本，之后会支持WASI Preview2版本，直至最终WASI API版本发布！目前我们可以使用GOOS=wasip1 GOARCH=wasm将Go源码编译为支持WASI的wasm程序，下面是一个例子：

// main.go
package main            

func main() {
    println("hello")
}

下载最新go dev版本后(go install http://golang.org/dl/gotip@latest)，可以执行下面命令将main.go编译为wasm程序：

$ GOARCH=wasm GOOS=wasip1 gotip build -o main.wasm main.go

开源的wasm运行时有很多，wazero是目前比较火的且使用纯Go实现的wasm运行时程序，安装wazero后，可以用来执行上面编译出来的main.wasm：

$curl https://wazero.io/install.sh
$wazero run main.wasm
hello

3.4 Go 1.21可能推出纯静态工具链，不再依赖glibc

使用纯Go实现的net resolver，原先DNS的问题也将被解决，这样Go团队很可能在构建工具链的时候使用CGO_ENABLED=0构建出静态工具链，没有动态链接库的依赖。

3.5 go test -c支持为多个包同时构建测试二进制程序

Go 1.21版本之前，go test -c仅支持将单个包的测试代码编译为测试二进制程序，Go 1.21版本则允许我们同时为多个包构建测试二进制程序。

下面是官方给出的例子：

$ go test -c -o /tmp ./pkg1 ./pkg2 ./pkg2
$ ls /tmp
pkg1.test pkg2.test pkg3.test

3.6 增加\$GOROOT/go.env

今天使用go env -w命令修改的默认环境变量会写入：filepath.Join(os.UserConfigDir(), “go/env”)。在Mac上，这个路径是\$HOME/Library/Application Support/go/env；在Linux上，这个路径是\$HOME/.config/go/env。

Go 1.21将增加一个全局层次上的go.env，放在\$GOROOT下面，目前默认的go.env为：

// $GOROOT/go.env

# This file contains the initial defaults for go command configuration.
# Values set by 'go env -w' and written to the user's go/env file override these.
# The environment overrides everything else.

# Use the Go module mirror and checksum database by default.
# See https://proxy.golang.org for details.
GOPROXY=https://proxy.golang.org,direct
GOSUMDB=sum.golang.org

我们仍然可以通过go env -w命令修改user级的env文件来覆盖上述配置，当然最高优先级的是OS用户环境变量，如果在OS用户环境变量文件(比如.bash_profile、.bashrc)中设置了Go的环境变量值，比如GOPROXY等，那么以OS用户环境变量为优先。

4. 标准库

我们接下来再来看看变更最多的一部分：标准库，我们将对主要变更项作简要介绍。

4.1 slices和maps进入标准库

Go 1.18版本泛型落地发布前的最后一刻，Rob Pike叫停了slices、maps等泛型包的入库，后来这两个包先放置在golang.org/x/exp下作为实验包。随着Go泛型日益成熟以及Go团队对泛型使用经验的增多，Go团队终于决定将golang.org/x/exp/slices和golang.org/x/exp/maps在Go 1.21版本中将挪入标准库。

4.2 log/slog加入标准库

log/slog是Go官方版结构化日志包，大致与uber的zap包相当。在我之前的一篇文章《slog：Go官方版结构化日志包》有对slog的详尽说明，大家可以移步到那篇文章看看。不过slog的proposal依旧很多，后续slog可能会有持续改进和变更，与那篇文章中的内容可能会有一些差异。

4.3 sync包增加OnceFunc、OnceValue和OnceValues

在sync.Once的基础上，这个issue增加了三个与Once相关的”语法糖”API，用在一些对Once有需求的最常见的场景中。

4.4 增加testing.Testing函数

Go 1.21为testing包增加了func Testing() bool函数，该函数可以用来报告当前程序是否是go test创建的测试程序。使用Testing函数，我们可以确保一些无需在单测阶段执行的函数不被执行。比如下面例子来自这个issue：

// file/that/should/not/be/used/from/testing.go

func prodEnvironmentData() *Environment {
    if testing.Testing() {
        log.Fatal("Using production data in unit tests")
    }
    ....
}

4.5 一些变更点

context: 增加为deadline或timeout context设置cancel原因的API – https://github.com/golang/go/issues/56661
unicode升级到15.0版本 – https://github.com/golang/go/issues/55079

5. 参考资料

Go 1.21 milestone – https://github.com/golang/go/milestone/279

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Go是一门面向对象编程语言吗

三月 12, 2023
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本文永久链接 – https://tonybai.com/2023/03/12/is-go-object-oriented

Go语言已经开源13年了，在近期TIOBE发布的2023年3月份的编程语言排行榜中，Go再次冲入前十，相较于Go在2022年底的排名提升了2个位次：

《Go语言第一课》专栏中关于Go在这两年开始飞起的“预言”也正在逐步成为现实^_^，大家学习Go的热情也在快速提升，《Go语言第一课》专栏的学习的人数年后也快速增加，快突破2w了。

很多专栏的订阅者都是第一次接触Go，他们中的很多是来自像Java, Ruby这样的OO(面向对象)语言阵营的，他们学习Go之后的第一个问题便是：Go是一门OO语言吗？在这篇博文中，我们就来探讨一下。

一. 溯源

在公认的Go语言“圣经”《Go程序设计语言》一书中，有这样一幅Go语言与其主要的先祖编程语言的亲缘关系图：

从图中我们可以清晰看到Go语言的“继承脉络”：

从C语言那里借鉴了表达式语法、控制语句、基本数据类型、值参数传递、指针等；
从Oberon-2语言那里借鉴了package、包导入和声明的语法，而Object Oberon提供了方法声明的语法。
从Alef语言以及Newsqueak语言中借鉴了基于CSP的并发语法。

我们看到，从Go先祖溯源的情况来看，Go并没有从纯面向对象语言比如Simula、SmallTalk等那里取经。

Go诞生于2007年，开源于2009年，那正是面向对象语言和OO范式大行其道的时期。不过Go设计者们觉得经典OO的继承体系对程序设计与扩展似乎并无太多好处，还带来了较多的限制，因此在正式版本中并没有支持经典意义上的OO语法，即基于类和对象实现的封装、继承和多态这三大OO主流特性。

但这是否说明Go不是一门OO语言呢？也不是！带有面向对象机制的Object Oberon也是Go的先祖语言之一，虽然Object Oberon的OO语法又与我们今天常见的语法有较大差异。

就此问题，我还特意咨询了ChatGPT^_^，得到的答复如下：

ChatGPT认为：Go支持面向对象，提供了对面向对象范式基本概念的支持，但支持的手段却并不是类与对象。

那么针对这个问题Go官方是否有回应呢？有的，我们来看一下。

二. 官方声音

Go官方在FAQ中就Go是否是OO语言做了简略回应：

Is Go an object-oriented language?

Yes and no. Although Go has types and methods and allows an object-oriented style of programming, there is no type hierarchy. The concept of “interface” in Go provides a different approach that we believe is easy to use and in some ways more general. There are also ways to embed types in other types to provide something analogous—but not identical—to subclassing. Moreover, methods in Go are more general than in C++ or Java: they can be defined for any sort of data, even built-in types such as plain, “unboxed” integers. They are not restricted to structs (classes).

Also, the lack of a type hierarchy makes “objects” in Go feel much more lightweight than in languages such as C++ or Java.

粗略翻译过来就是：

Go是一种面向对象的语言吗？

是，也不是。虽然Go有类型和方法，并且允许面向对象的编程风格，但却没有类型层次。Go中的“接口”概念提供了一种不同的OO实现方案，我们认为这种方案更易于使用，而且在某些方面更加通用。还有一些可以将类型嵌入到其他类型中以提供类似子类但又不等同于子类的机制。此外，Go中的方法比C++或Java中的方法更通用：Go可以为任何数据类型定义方法，甚至是内置类型，如普通的、“未装箱的”整数。Go的方法并不局限于结构体（类）。

此外，由于去掉了类型层次，Go中的“对象”比C++或Java等语言更轻巧。

“是，也不是”！我们看到Go官方给出了一个“对两方都无害”的中庸的回答。那么Go社区是怎么认为的呢？我们来看看Go社区的一些典型代表的观点。

三. 社区声音

Jaana Dogan和Steve Francia都是前Go核心团队成员，他们在加入Go团队之前对“Go是否是OO语言”这一问题也都有自己的观点论述。

Jaana Dogan在《The Go type system for newcomers》一文中给出的观点是：Go is considered as an object-oriented language even though it lacks type hierarchy，即“Go被认为是一种面向对象的语言，即使它缺少类型层次结构”。

而更早一些的是Steve Francia在2014年发表的文章《Is Go an Object Oriented language?》中的结论观点：Go，没有对象或继承的面向对象编程，也可称为“无对象”的OO编程模型。

两者表达的遣词不同，但含义却异曲同工，即Go支持面向对象编程，但却不是通过提供经典的类、对象以及类型层次来实现的。

那么Go究竟是以何种方式实现对OOP的支持的呢？我们继续看！

四. Go的“无对象”OO编程

经典OO的三大特性是封装、继承与多态，这里我们看看Go中是如何对应的。

1. 封装

封装就是把数据以及操作数据的方法“打包”到一个抽象数据类型中，这个类型封装隐藏了实现的细节，所有数据仅能通过导出的方法来访问和操作。这个抽象数据类型的实例被称为对象。经典OO语言，如Java、C++等都是通过类(class)来表达封装的概念，通过类的实例来映射对象的。熟悉Java的童鞋一定记得《Java编程思想》一书的第二章的标题：“一切都是对象”。在Java中所有属性、方法都定义在一个个的class中。

Go语言没有class，那么封装的概念又是如何体现的呢？来自OO语言的初学者进入Go世界后，都喜欢“对号入座”，即Go中什么语法元素与class最接近！于是他们找到了struct类型。

Go中的struct类型中提供了对真实世界聚合抽象的能力，struct的定义中可以包含一组字段(field)，如果从OO角度来看，你也可以将这些字段视为属性，同时，我们也可以为struct类型定义方法(method)，下面例子中我们定义了一个名为Point的struct类型，它拥有一个导出方法Length：

type Point struct {
    x, y float64
}

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

我们看到，从语法形式上来看，与经典OO声明类的方法不同，Go方法声明并不需要放在声明struct类型的大括号中。Length方法与Point类型建立联系的纽带是一个被称为receiver参数的语法元素。

那么，struct是否就是对应经典OO中的类呢? 是，也不是！从数据聚合抽象来看，似乎是这样, struct类型可以拥有多个异构类型的、代表不同抽象能力的字段(比如整数类型int可以用来抽象一个真实世界物体的长度，string类型字段可以用来抽象真实世界物体的名字等)。

但从拥有方法的角度，不仅是struct类型，Go中除了内置类型的所有其他具名类型都可以拥有自己的方法，哪怕是一个底层类型为int的新类型MyInt：

type MyInt int

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

2. 继承

就像前面说的，Go设计者在Go诞生伊始就重新评估了对经典OO的语法概念的支持，最终放弃了对诸如类、对象以及类继承层次体系的支持。也就是说：在Go中体现封装概念的类型之间都是“路人”，没有亲爹和儿子的关系的“牵绊”。

谈到OO中的继承，大家更多想到的是子类继承了父类的属性与方法实现。Go虽然没有像Java extends关键字那样的显式继承语法，但Go也另辟蹊径地对“继承”提供了支持。这种支持方式就是类型嵌入(type embedding)，看一个例子：

type P struct {
    A int
    b string
}

func (P) M1() {
}

func (P) M2() {
}

type Q struct {
    c [5]int
    D float64
}

func (Q) M3() {
}

func (Q) M4() {
}

type T struct {
    P
    Q
    E int
}

func main() {
    var t T
    t.M1()
    t.M2()
    t.M3()
    t.M4()
    println(t.A, t.D, t.E)
}

我们看到类型T通过嵌入P、Q两个类型，“继承”了P、Q的导出方法(M1~M4)和导出字段(A、D)。

关于类型嵌入的具体语法说明，大家可以温习一下《十分钟入门Go语言》或《Go语言第一课》专栏。

不过实际Go中的这种“继承”机制并非经典OO中的继承，其外围类型(T)与嵌入的类型(P、Q)之间没有任何“亲缘”关系。P、Q的导出字段和导出方法只是被提升为T的字段和方法罢了，其本质是一种组合，是组合中的代理（delegate）模式的一种实现。T只是一个代理（delegate），对外它提供了它可以代理的所有方法，如例子中的M1~M4方法。当外界发起对T的M1方法的调用后，T将该调用委派给它内部的P实例来实际执行M1方法。

以经典OO理论话术去理解就是T与P、Q的关系不是is-a，而是has-a的关系。

3. 多态

经典OO中的多态是尤指运行时多态，指的是调用方法时，会根据调用方法的实际对象的类型来调用不同类型的方法实现。

下面是一个C++中典型多态的例子：

#include <iostream>

class P {
        public:
                virtual void M() = 0;
};

class C1: public P {
        public:
                void M();
};

void C1::M() {
        std::cout << "c1.M()\n";
}

class C2: public P {
        public:
                void M();
};

void C2::M() {
        std::cout << "c2.M()\n";
}

int main() {
        C1 c1;
        C2 c2;
        P *p = &c1;
        p->M(); // c1.M()
        p = &c2;
        p->M(); // c2.M()
}

这段代码比较清晰，一个父类P和两个子类C1和C2。父类P有一个虚拟成员函数M，两个子类C1和C2分别重写了M成员函数。在main中，我们声明父类P的指针，然后将C1和C2的对象实例分别赋值给p并调用M成员函数，从结果来看，在运行时p实际调用的函数会根据其指向的对象实例的实际类型而分别调用C1和C2的M。

显然，经典OO的多态实现依托的是类型的层次关系。那么对应没有了类型层次体系的Go来说，它又是如何实现多态的呢？Go使用接口来解锁多态！

和经典OO语言相比，Go更强调行为聚合与一致性，而非数据。因此Go提供了对类似duck typing的支持，即基于行为集合的类型适配，但相较于ruby等动态语言，Go的静态类型机制还可以保证应用duck typing时的类型安全。

Go的接口类型本质就是一组方法集合(行为集合)，一个类型如果实现了某个接口类型中的所有方法，那么就可以作为动态类型赋值给接口类型。通过该接口类型变量的调用某一方法，实际调用的就是其动态类型的方法实现。看下面例子：

type MyInterface interface {
    M1()
    M2()
    M3()
}

type P struct {
}

func (P) M1() {}
func (P) M2() {}
func (P) M3() {}

type Q int
func (Q) M1() {}
func (Q) M2() {}
func (Q) M3() {}

func main() {
    var p P
    var q Q
    var i MyInterface = p
    i.M1() // P.M1
    i.M2() // P.M2
    i.M3() // P.M3

    i = q
    i.M1() // Q.M1
    i.M2() // Q.M2
    i.M3() // Q.M3
}

Go这种无需类型继承层次体系、低耦合方式的多态实现，是不是用起来更轻量、更容易些呢！

五. Gopher的“OO思维”

到这里，来自经典OO语言阵营的小伙伴们是不是已经找到了当初在入门Go语言时“感觉到别扭”的原因了呢！这种“别扭”就在于Go对于OO支持的方式与经典OO语言的差别：秉持着经典OO思维的小伙伴一上来就要建立的继承层次体系，但Go没有，也不需要。

要转变为正宗的Gopher的OO思维其实也不难，那就是“prefer接口，prefer组合，将习惯了的is-a思维改为has-a思维”。

六. 小结

是时候给出一些结论性的观点了：

Go支持OO，只是用的不是经典OO的语法和带层次的类型体系；
Go支持OO，只是用起来需要换种思维；
在Go中玩转OO的思维方式是：“优先接口、优先组合”。