go高级编程（一）- 概述

go高级编程（一）- 概述

纵观这几年发展，go语言已经成为云计算、云存储时代最重要的基础编程语言

go语言的诞生

• google的三位大咖于2007年开始发明设计，称为21世纪的C语言
• 动力：对超级复杂的C++11特性的吹捧报告的鄙视
• 目标：设计网络和多核时代的C语言
• 发布：2010年9月正式发布，并开源源代码

语言基因

go语言继承了贝尔实验室半个世纪的软件设计基因

• 并发特性：由1978年发布的CSP理论演化而来（ErLang语言也实现了该理论）
• 面向对象和包特性：继承自pascal语言
• C语言特性：继承了C语言的优点，并抛弃了危险的指针操作等缺点
• 嵌套函数：schema语言
• itoa语法：APL语言
• 新的语法：defer等

并发特性

并发是go语言的标志性特性，来源于CSP论文，Communicating Sequential Processes(顺序通信进程)

go语言覆盖范围

• 容器：docker
• 容器编排：k8s
• 监控：prometheus
• 数据库：etcd、tidb、influxdb
• 服务治理：istio
• 区块链：Fabric
• 存储：minio
• 基础设施管理：terraform
• 注册中心：consul
• k8s管理平台：rancher
• …

hello world

1package main
2import "fmt"
3func main() {
4  fmt.Println("hello world\n")
5}

1go run hello.go

基本语法

数组、字符串、切片

go语言中，三者是密切相关的数据结构。底层原始数据有着相同的内存结构，上层因为语法限制，有不同的行为表现

数据传值，而不传引用，是go语言编程的一个哲学。传值有一定代价，但是换取的好处是切断了对原始数据的依赖（垃圾回收也方便）。即使是传递的切片，也是给切片的指针传值。但是给人一种假象好像是传的引用

数组

• 数组是值语义，一个数组变量即表示整个数组，并不隐式指向第一个元素（C语言的特性）
• 数组赋值时，是复制整个数组底层数据
• 为了避免复制数组的开销，可以传递一个数组指针
• 数组指针 != 数组，数据类型不一样。但是操作内部数据的使用方式是一样的

长度为0的数组在内存中并不占用空间，空数组虽然很少使用，但是可以用于强调某种特有类型的操作时避免分配额外的内存空间，比如channel的同步操作 当然，更倾向于使用空结构体

1ch := make(chan struct{})
2go func() {
3  // struct{}表示类型，后一个{}表示结构体值
4  ch <- struct{}{}
5}
6<- ch

字符串

• 字符串是不可改变的字节序列，与数组不同，字节不可修改
• 底层结构定义如下，reflect.StringHeader
• 赋值时，也只是StringHeader结构体的复制
• go语言源文件都是UTF8编码

1// reflect/value.go
2type StringHeader struct {
3  // 底层字节数组
4  Data uintptr
5  // 字符串长度
6  Len int
7}

切片

• 切片是简化版的动态数组
• 数组的类型和操作不够灵活，很少直接使用数组。切片的使用却非常广泛
• 底层结构定义如下，reflect.SliceHeader

1type SliceHeader struct {
2  Data uintptr
3  Len int
4  // 内存空间的最大容量（元素个数，不是字节数）
5  // 容量必须 大于等于 切片长度
6  Cap int
7}

切片操作

切片高效操作的要点是要降低内存分配次数，尽量保证append操作不会超出cap的容量，降低触发内存分配次数和每次分配内存的大小

• 切片添加元素：sliceA = append(sliceA, a)
• 切片删除元素：
  • 删除尾部一个元素：sliceA = sliceA[:len(sliceA)-1]
  • 删除尾部N个元素：SliceA = sliceA[:len(sliceA)-N]
  • 删除开头一个元素：sliceA = sliceA[1:]
  • 删除开头N个元素：sliceA = sliceA[N:]

函数

• 函数可以保存到变量中，函数有具名和匿名之分
• 可以有多个参数和多个返回值，参数传递方式是传值
• 支持可变数量的参数，但必须是最后出现的参数，是一个切片类型的参数
• 函数的返回值也可以命名
• 递归调用没有深度限制，不会出现内存溢出，go会根据需要动态调整栈大小
  • go 1.4以前：链表实现动态栈，分配内存地址不会变，但是cpu缓存命中率低，性能差
  • go 1.4之后：连续的动态栈，动态增加会移动数据，分配内存地址会变，go语言指针不再是固定不变的

和c语言不同的是：go语言不再需要关心堆和栈的问题，他们都是动态变化的，new的对象不一定在堆上，局部变量也不一定在栈上。指针不再是固定不变的，它随时可能变化

面向对象

方法

• go语言的方法关联的是类型，编译时实现静态绑定。（C++是管理的成员函数，关联到对象的虚表中）
• 方法只是将函数的第一个参数移动到了函数名前面

继承

• 不支持传统面向对象的继承特性，而是以组合的方式实现方法的继承
• 通过在结构体内置匿名的成员来实现继承
• 如果要实现虚函数的多态特性，需要借助go语言的接口来完成

接口

• go接口的独特之处在于它是满足隐式实现的鸭子类型
• 这种设计可以让你创建新的接口类型满足已经存在的具体类型，却不用破坏这些类型原有的定义

鸭子类型：只要走起路来像鸭子，叫起来像鸭子，就可以把它当做鸭子

面向并发的内存模型

早期，cpu都是以单核形式顺序执行指令。随着处理器技术发展，多核发展带来机遇，编程语言也开始向并行化方向发展。go语言正是在多核网络化时代背景下诞生的原生支持并发的编程语言。常用并行编程模型有：

• 多线程：主流的其他编程语言
• 消息队列：erlang、go

Groutine和系统线程

• Groutine是go特有的并发体，是一种轻量级的线程
• 系统线程：固定大小的栈（一般为2MB），用于保存递归调用时的参数和局部变量
• 固定栈大小的弊端：
  • 对于只需要很小栈空间的线程是一个巨大的浪费
  • 少数需要巨大栈空间的线程面临栈溢出的风险
• Groutine的做法：
  • 以一个很小的栈启动（2kb或4kb）
  • 栈空间不足时，动态伸缩（最大值可达1GB）
• groutine启动代价很小，可以很轻易启动成千上万个
• go语言自己的调度器，发生在用户态，会根据具体函数只保存必要的寄存器，切换代价比系统线程低得多

原子操作

• 原子操作是并发编程中"最小的且不可并行化的操作"
• 一般原子操作都是通过"互斥"访问来保证的，通常由特殊的cpu指令提供保护

go中模拟粗粒度的原子操作：

• sync.Mutex：加锁，保证同一时刻只有一个线程访问资源
  • 缺点：麻烦且效率低下
• sync.atomic：对原子操作提供了丰富的支持

顺序一致性内存模型

初始化顺序

基于通道的通讯

不靠谱的同步

参考

• 《go语言高级编程》