Go：10 個(gè)與眾不同的特性

Go 作為一門(mén)相對(duì)較新的語(yǔ)言，能夠脫穎而出，肯定是多方面的原因。本文聊聊它不同于其他語(yǔ)言的 10 個(gè)特性。

Go 的創(chuàng)建者 Robert Griesemer^[1] 、Rob Pike^[2] 和 Ken Thompson^[3] 在 Google 工作，在那里，大規(guī)模擴(kuò)展的挑戰(zhàn)激發(fā)了他們將 Go 設(shè)計(jì)為具有大型代碼庫(kù)的項(xiàng)目的快速高效的編程解決方案，由多個(gè)開(kāi)發(fā)人員管理，具有嚴(yán)格的性能要求，并跨越多個(gè)網(wǎng)絡(luò)和處理核心。

Go 的創(chuàng)始人在創(chuàng)建新語(yǔ)言時(shí)也抓住了這個(gè)機(jī)會(huì)，從其他編程語(yǔ)言的優(yōu)勢(shì)，劣勢(shì)和疏忽中學(xué)習(xí)。結(jié)果是一種干凈，清晰和實(shí)用的語(yǔ)言，具有相對(duì)較小的命令和特性集。

本文將介紹 Go 的 10 個(gè)特性，這些特性（根據(jù)我個(gè)人的觀察）將其與其他語(yǔ)言區(qū)分開(kāi)來(lái)。

1. Go 始終在構(gòu)建中包含 runtime

Go 運(yùn)行時(shí)提供內(nèi)存分配、垃圾回收、并發(fā)支持和網(wǎng)絡(luò)等服務(wù)。它被編譯進(jìn)每個(gè) Go 二進(jìn)制文件。這與許多其他語(yǔ)言不同，其中許多語(yǔ)言使用虛擬機(jī)，需要與程序一起安裝才能正常工作。

將運(yùn)行時(shí)直接包含在二進(jìn)制文件中使得分發(fā)和運(yùn)行 Go 程序變得非常容易，并避免了運(yùn)行時(shí)與程序之間的不兼容問(wèn)題。Python，Ruby 和 JavaScript 等語(yǔ)言的虛擬機(jī)也沒(méi)有針對(duì)垃圾回收和內(nèi)存分配進(jìn)行優(yōu)化，這解釋了 Go 相對(duì)于其他類(lèi)似語(yǔ)言的優(yōu)越速度。例如，Go 盡可能多地存儲(chǔ)在堆棧^[4]上，其中數(shù)據(jù)按順序排列，以便比堆^[5]更快地訪問(wèn)。稍后將對(duì)此進(jìn)行詳細(xì)介紹。

關(guān)于 Go 的靜態(tài)二進(jìn)制文件的最后一件事是，由于不需要運(yùn)行外部依賴項(xiàng)，因此它們的啟動(dòng)速度非?？?/strong>。如果你使用像 Google App Engine^[6] 這樣的服務(wù)，這將非常有用，這是一種在 Google Cloud 上運(yùn)行的平臺(tái)即服務(wù)，可以將你的應(yīng)用程序擴(kuò)展到零實(shí)例以節(jié)省云成本。當(dāng)有新的請(qǐng)求出現(xiàn)時(shí)，App Engine 可以在眨眼間啟動(dòng)你的 Go 程序?qū)嵗?。?Python 或 Node 中相同的體驗(yàn)通常會(huì)導(dǎo)致 3-5 秒的等待（或更長(zhǎng)時(shí)間），因?yàn)樗璧奶摂M環(huán)境也與新實(shí)例一起旋轉(zhuǎn)。

2. Go 沒(méi)有集中托管的程序依賴服務(wù)

為了訪問(wèn)已發(fā)布的 Go 程序，開(kāi)發(fā)人員不依賴于集中托管的服務(wù)，例如用于 Java 的Maven Central^[7]或用于 JavaScript 的NPM^[8]。相反，項(xiàng)目通過(guò)其源代碼存儲(chǔ)庫(kù)（通常是 GitHub）共享。go get/install 命令行允許以這種方式下載存儲(chǔ)庫(kù)。

為什么我喜歡這個(gè)功能？我一直認(rèn)為集中托管的依賴服務(wù)（如 Maven Central、PIP 和 NPM）有著令人生畏的黑匣子，可能會(huì)抽象出下載和安裝依賴項(xiàng)（以及依賴項(xiàng)的依賴項(xiàng)）的麻煩，但當(dāng)依賴項(xiàng)錯(cuò)誤發(fā)生時(shí)，不可避免地會(huì)引發(fā)可怕的心跳加速（我經(jīng)歷過(guò)太多了，無(wú)法計(jì)數(shù)）。

很多時(shí)候，我發(fā)現(xiàn)令人沮喪的是，我從來(lái)沒(méi)有完全理解它們內(nèi)部是如何工作的。通過(guò)取消中央服務(wù)，安裝，版本控制和管理 Go 項(xiàng)目的依賴項(xiàng)的過(guò)程非常清晰，從而更加清晰。（當(dāng)然，也有人喜歡集中托管）

此外，將模塊提供給其他人就像將其放入版本控制系統(tǒng)中一樣簡(jiǎn)單，這是分發(fā)程序的一種非常簡(jiǎn)單的方法。

3. Go 是按值調(diào)用

在 Go 中，當(dāng)你提供基本類(lèi)型（數(shù)字、布爾值或字符串）或結(jié)構(gòu)（類(lèi)對(duì)象的大致等效項(xiàng)）作為函數(shù)的參數(shù)時(shí)，Go 始終會(huì)創(chuàng)建變量值的副本。

在許多其他語(yǔ)言如 Java，Python 和 JavaScript 中，基本類(lèi)型是通過(guò)值傳遞^[9]的，但是對(duì)象（類(lèi)實(shí)例）是通過(guò)引用傳遞的，這意味著接收函數(shù)實(shí)際上接收到指向原始對(duì)象的指針，而不是其副本。

這意味著在接收函數(shù)中對(duì)對(duì)象所做的任何更改都將反映在原始對(duì)象中。

在 Go 中，結(jié)構(gòu)和基本類(lèi)型默認(rèn)按值傳遞，可以選擇通過(guò)使用星號(hào)運(yùn)算符傳遞指針^[10]：

//?pass?by?value
func?MakeNewFoo(f?Foo)?(Foo,?error)?{
???f.Field1?=?"New?val"
???f.Field2?=?f.Field2?+?1
???return?f,?nil
}

上述函數(shù)接收 Foo 的副本，并返回一個(gè)新的 Foo 對(duì)象。

//?pass?by?reference
func?MutateFoo(f?*Foo)?error?{
???f.Field1?=?"New?val"
???f.Field2?=?2
???return?nil
}

上面的函數(shù)接收指向 Foo 的指針并改變?cè)紝?duì)象。

這種按值調(diào)用與按引用調(diào)用的明顯區(qū)別使你的意圖顯而易見(jiàn)，并減少了調(diào)用函數(shù)無(wú)意中改變傳入對(duì)象的可能性（這是許多初學(xué)者開(kāi)發(fā)人員難以掌握的）。

正如麻省理工學(xué)院總結(jié)^[11]的那樣："可變性使得理解你的程序在做什么變得更加困難，而執(zhí)行合約也更難"。

更重要的是，按值調(diào)用可顯著減少垃圾回收器的工作，這意味著更快、更節(jié)省內(nèi)存的應(yīng)用程序。這篇文章^[12]得出的結(jié)論是，指針追蹤（從堆中檢索指針值）比從連續(xù)堆棧中檢索值慢 10 到 20 倍。要記住的一個(gè)很好的經(jīng)驗(yàn)法則是：從內(nèi)存中讀取的最快方法是按順序讀取它，這意味著將隨機(jī)存儲(chǔ)在 RAM 中的指針數(shù)量減少到最低限度。

4. defer 關(guān)鍵字

在 NodeJS 中，在我開(kāi)始使用knex.js^[13]之前，我會(huì)在代碼中手動(dòng)管理數(shù)據(jù)庫(kù)連接，方法是創(chuàng)建一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)池，然后在每個(gè)函數(shù)的池中打開(kāi)一個(gè)新連接，一旦所需的數(shù)據(jù)庫(kù) CRUD 功能完成，就會(huì)在函數(shù)結(jié)束時(shí)釋放連接。

這有點(diǎn)像維護(hù)的噩夢(mèng)，因?yàn)槿绻以诿總€(gè)函數(shù)結(jié)束時(shí)不釋放連接，未釋放的數(shù)據(jù)庫(kù)連接的數(shù)量將慢慢增長(zhǎng)，直到池中沒(méi)有更多的可用連接，然后中斷應(yīng)用程序。

現(xiàn)實(shí)情況是，程序通常必須發(fā)布，清理和執(zhí)行資源，文件，連接等，因此 Go 引入了defer關(guān)鍵字作為管理這一點(diǎn)的有效方法。

任何前面帶有defer的語(yǔ)句都會(huì)延遲其調(diào)用，直到周?chē)暮瘮?shù)退出。這意味著你可以將清理/拆卸代碼放在函數(shù)的頂部（很明顯），知道一旦函數(shù)完成，它就會(huì)完成它的工作。

func?main()?{
????if?len(os.Args)?2?{
????????log.Fatal("no?file?specified")
????}
????f,?err?:=?os.Open(os.Args[1])
????if?err?!=?nil?{
????????log.Fatal(err)
????}
????defer?f.Close()
????data?:=?make([]byte,?2048)
????for?{
????????count,?err?:=?f.Read(data)
????????os.Stdout.Write(data[:count])
????????if?err?!=?nil?{
????????????if?err?!=?io.EOF?{
????????????????log.Fatal(err)
????????????}
????????????break
????????}
????}
}

在上面的示例中，文件關(guān)閉方法被延遲。我喜歡這種模式，在函數(shù)的頂部聲明你的內(nèi)務(wù)管理意圖，然后忘記它，知道一旦函數(shù)退出，它就會(huì)完成它的工作。

5. Go 吸納了函數(shù)式編程的最佳特性

函數(shù)式編程是一種高效且富有創(chuàng)造性的范式，值得慶幸的是，Go 采納了函數(shù)式編程的最佳特性。在 Go 中：

— 函數(shù)是值，這意味著它們可以作為值添加到 map 中，作為參數(shù)傳遞到其他函數(shù)中，設(shè)置為變量，并從函數(shù)返回（稱為"高階函數(shù)"，在 Go 中經(jīng)常用于使用裝飾器模式創(chuàng)建中間件）。

— 匿名函數(shù)可以創(chuàng)建并自動(dòng)調(diào)用。

— 在其他函數(shù)中聲明的函數(shù)允許閉包（其中在函數(shù)內(nèi)部聲明的函數(shù)能夠訪問(wèn)和修改在外部函數(shù)中聲明的變量）。在慣用的 Go 中，閉包被廣泛使用，限制了函數(shù)的作用域，并設(shè)置了函數(shù)在其邏輯中使用的狀態(tài)。

func?StartTimer?(name?string)?func(){
????t?:=?time.Now()
????log.Println(name,?"started")
????return?func()?{
????????d?:=?time.Now().Sub(t)
????????log.Println(name,?"took",?d)
????}
}
func?RunTimer()?{
????stop?:=?StartTimer("My?timer")
????defer?stop()
????time.Sleep(1?*?time.Second)
}

以上是閉包的一個(gè)例子。'StartTimer' 函數(shù)返回一個(gè)新函數(shù)，該函數(shù)通過(guò)閉包可以訪問(wèn)在其啟動(dòng)作用域中設(shè)置的 't' 值。然后，此函數(shù)可以將當(dāng)前時(shí)間與 "t" 的值進(jìn)行比較，從而創(chuàng)建一個(gè)有用的計(jì)時(shí)器。感謝Mat Ryer^[14]的這個(gè)例子。

6. Go 有隱式接口實(shí)現(xiàn)

任何讀過(guò)SOLID^[15]編碼和設(shè)計(jì)模式^[16]文獻(xiàn)的人都可能聽(tīng)說(shuō)過(guò) "偏愛(ài)組合而不是繼承" 的口頭禪。簡(jiǎn)而言之，這表明你應(yīng)該將業(yè)務(wù)邏輯分解為不同的接口，而不是依賴于父類(lèi)中屬性和邏輯的分層繼承。

另一個(gè)流行的方法是 "面向接口編程，而不是實(shí)現(xiàn)"：API 應(yīng)該只發(fā)布其預(yù)期行為的契約（其方法簽名），但不能詳細(xì)介紹如何實(shí)現(xiàn)該行為。

這兩者都指出了接口在現(xiàn)代編程中的至關(guān)重要性。

因此，毫不奇怪，Go 支持接口。事實(shí)上，接口是 Go 中唯一的抽象類(lèi)型。

然而，與其他語(yǔ)言不同，Go 中的接口不是顯式實(shí)現(xiàn)的，而是隱式實(shí)現(xiàn)的。具體類(lèi)型不聲明它實(shí)現(xiàn)接口。相反，如果該具體類(lèi)型的方法集包含基礎(chǔ)接口的所有方法集，則 Go 認(rèn)為該對(duì)象實(shí)現(xiàn)了該接口。

這種隱式接口實(shí)現(xiàn)（正式名稱為結(jié)構(gòu)化類(lèi)型 structural typing）允許 Go 強(qiáng)制實(shí)施類(lèi)型安全和解耦，從而保留了動(dòng)態(tài)語(yǔ)言中表現(xiàn)出的大部分靈活性。

相比之下，顯式接口將客戶端和實(shí)現(xiàn)綁定在一起，例如，在 Java 中替換依賴項(xiàng)比在 Go 中困難得多。

//?this?is?an?interface?declaration?(called?Logic)
type?Logic?interface?{
????Process(data?string)?string
}

type?LogicProvider?struct?{}
//?this?is?a?method?called?'Process'?on?the?LogicProvider?struct
func?(lp?LogicProvider)?Process(data?string)?string?{
????//?business?logic
}
//?this?is?the?client?struct?with?the?Logic?interface?as?a?property
type?Client?struct?{
????L?Logic
}
func(c?Client)?Program()?{
????//?get?data?from?somewhere
????c.L.Process(data)
}
func?main()?{
????c?:=?Client?{
????????L:?LogicProvider{},
????}
????c.Program()
}

LogicProvider 中沒(méi)有任何聲明表明它實(shí)現(xiàn)了 Logic 接口。這意味著客戶端將來(lái)可以輕松替換其邏輯提供程序，只要該邏輯提供程序包含基礎(chǔ)接口 （Logic） 的所有方法集。

7. 錯(cuò)誤處理

Go 中的錯(cuò)誤處理方式與其他語(yǔ)言大不相同。簡(jiǎn)而言之，Go 通過(guò)返回 error 類(lèi)型的值作為函數(shù)的最后一個(gè)返回值來(lái)處理錯(cuò)誤。

當(dāng)函數(shù)按預(yù)期執(zhí)行時(shí)，將為 error 參數(shù)返回 nil，否則返回錯(cuò)誤值。然后，調(diào)用函數(shù)檢查錯(cuò)誤返回值，并處理錯(cuò)誤，或引發(fā)自己的錯(cuò)誤。

//?the?function?returns?an?int?and?an?error
func?calculateRemainder(numerator?int,?denominator?int)?(int,?error)?{
???//?Error?returned
???if?denominator?==?0?{
??????return?9,?errors.New("denominator?is?0")
???}
???//?No?error?returned
???return?numerator?/?denominator,?nil
}

Go 以這種方式運(yùn)行是有原因的：它迫使編碼人員考慮異常并正確處理它們。傳統(tǒng)的 try-catch 異常還會(huì)在代碼中添加至少一個(gè)新的代碼路徑，并以難以遵循的方式縮進(jìn)代碼。Go 更喜歡將"快樂(lè)路徑"視為非縮進(jìn)代碼，在"快樂(lè)路徑"完成之前識(shí)別并返回任何錯(cuò)誤。

8. 并發(fā)

并發(fā)可以說(shuō)是 Go 最著名的功能，并發(fā)允許在機(jī)器或服務(wù)器上的可用內(nèi)核數(shù)量上并行運(yùn)行任務(wù)。當(dāng)單獨(dú)的進(jìn)程不相互依賴（不需要按順序運(yùn)行）并且時(shí)間性能至關(guān)重要時(shí)，并發(fā)性最有意義。I/O 要求通常就是這種情況，其中讀取或?qū)懭氪疟P(pán)或網(wǎng)絡(luò)比除最復(fù)雜的內(nèi)存中進(jìn)程之外的所有進(jìn)程慢幾個(gè)數(shù)量級(jí)。

函數(shù)調(diào)用之前的 'go' 關(guān)鍵字將開(kāi)啟并發(fā) goroutine 運(yùn)行該函數(shù)。

func?process(val?int)?int?{
???//?do?something?with?val
}
//?for?each?value?in?'in',?run?the?process?function?concurrently,
//?and?read?the?result?of?process?to?'out'
func?runConcurrently(in?<-chan?int,?out?chan<-?int){
???go?func()?{
???????for?val?:=?range?in?{
????????????result?:=?process(val)
????????????out?<-?result
???????}
???}
}

Go 中的并發(fā)性是一項(xiàng)深入且相當(dāng)高級(jí)的功能，但在有意義的情況下，它提供了一種有效的方法來(lái)確保程序的最佳性能。

9. Go 標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)

Go 具有"電池包含"的理念，現(xiàn)代編程語(yǔ)言的許多需求都融入了標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)中，這使得程序員的生活變得更加簡(jiǎn)單。

如前所述，Go 是一種相對(duì)年輕的語(yǔ)言，這意味著標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)中滿足了現(xiàn)代應(yīng)用程序的許多問(wèn)題/需求。

首先，Go 為網(wǎng)絡(luò)（特別是 HTTP/2）和文件管理提供了世界一流的支持。它還提供本地 JSON 編碼和解碼。因此，設(shè)置服務(wù)器來(lái)處理 HTTP 請(qǐng)求和返回響應(yīng)（JSON 或其他）非常簡(jiǎn)單，這解釋了 Go 在開(kāi)發(fā)基于 REST 的 HTTP Web 服務(wù)方面的受歡迎程度。

正如Mat Ryer^[17]還指出的那樣，標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)是開(kāi)源的，是學(xué)習(xí) Go 最佳實(shí)踐的絕佳方式。

10. 調(diào)試：Go Playground

使用任何語(yǔ)言進(jìn)行調(diào)試都是一項(xiàng)關(guān)鍵需求。大多數(shù)語(yǔ)言都依賴于第三方在線工具或聰明的 IDE 來(lái)提供調(diào)試工具，使開(kāi)發(fā)人員能夠快速檢查其代碼。Go 提供了 Go Playground — https://go.dev/play 一個(gè)免費(fèi)的在線工具，你可以在其中試用和共享小程序。這是一個(gè)非常有用的工具，使調(diào)試成為一項(xiàng)簡(jiǎn)單的練習(xí)。

沒(méi)記錯(cuò)的話，Go 應(yīng)該開(kāi)啟了 playground 的先河，之后發(fā)布的語(yǔ)言也提供類(lèi)似的功能，比如 Rust 和 Swift。

總結(jié)

除了以上介紹的 10 個(gè)特性，你認(rèn)為還有其他特性是 Go 獨(dú)特的地方嗎？

參考資料