Go 设计思想

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Oct 29, 2023
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The design philosophy of Go
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Go
读书笔记
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简单是一种美德。
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简单是一种美德组合优于继承面向工程总结
学习一门编程语言不仅要掌握它的语法，还要进一步学习它的设计思想，这能让我们写出更高质量的代码，下面我们一起来学习 Go 的设计思想。

简单是一种美德

简单是一种伟大的美德 —— Edsger Dijkstra，图灵奖得主。
关键字
首先我们来看关键字方面，Go 仅仅有 25 个关键字：
声明
复合类型
控制流
控制流
函数修饰语
const
chan
break
goto
defer
var
interface
case
if
go
func
map
continue
range
ㅤ
type
struct
default
return
ㅤ
import
ㅤ
else
select
ㅤ
package
ㅤ
fallthrough
switch
ㅤ
ㅤ
ㅤ
for
ㅤ
ㅤ
对比其它语言，C 有 32，Python 有 35 个，Java 有 50 个，C++ 达到了82个。
从关键字数量上，我们就能体会到 Go 的简单了，我们几乎不需要记忆这些关键字，且关键字的组合使用也比其它语言少得多，这意味着人为创造的复杂度也比其它语言要少。
对 C/C++ 的改造
Go 的另一个特点是，身上有很浓重的 C/C++ 味道，这是因为设计团队最开始就是基于 C/C++ 设计出的 Go。
notion image
Go 语言的先祖 —— 《Go 程序语言设计》
举个例子，我们可以在 switch 身上看到 C 的影子以及 Go 的改进：
Go 去掉了每个 case 后面的 break，因为在 Go 中分支触发后会直接结束，而不是会继续执行接下来的分支，但同时 Go 也提供了 fallthrough 关键字来达到类似于 C 的效果。
最小思维（minimal thought）
Go 设计者推崇“最小思维“，即一个问题仅提供一种方法去解决。这大大减少了开发人员在选择解决方案和理解他人所选方案的难度。
我们可以从以下两个方面来体会 Go 的最小思维：
  • 一种代码风格：go fmt 提供了对编程风格的规范，我们不用再为 { 放在哪里来争吵了。
  • 一种代码写法：Go 没有 while ，因为我们可以用 for 来达到 while 的效果，如果按照最小思维来思考，我们确实不需要 while 这种方法。
最小思维的另一个极端是 C++，在 C++ 中，达到目标的方法有很多种。每个开发者就会使用 C++ 的某个子集，多个开发者在一起合作的项目就会是集合的并集，如果团队没有限制使用规范，那么代码 Review 将会异常困难，一个项目里面的代码风格也会很多，因为不同开发者的使用习惯可能完全不相同。
notion image
如图所示，A、B、C、D 四位开发者各自有不同的编程风格，对于 C、D 开发者来说，理解对方的代码是困难的。
No Silver Bullet，不要妄想着设计或开发一款工具解决所有问题，那样只会让工具变得无比复杂。

组合优于继承

当我们有必要采用另一种方式处理数据时，我们应该有一些耦合程序的方式，就像花园里将浇水的软管通过预置的螺丝扣拧入另一段那样，这也是Unix IO采用的方式。——Douglas McIlroy，Unix管道的发明者（1964）
如果你熟悉 Unix，你应该使用过管道 |，通过简单的组合就能达到强大的文本处理效果，十分简洁和高效，而 Go 也融入了组合的思想。
严格来说 Go 并不算 OOP（Object-oriented programming，面向对象的编程语言），因为在 Go 中并没有继承的说法，所有的类型都是同级的。Go 提供组合的方式来解决问题，而 OOP 是通过继承来解决问题。
在语言设计层面，Go提供了正交的语法元素来给组合使用，包括：
  • Go语言无类型体系（type hierarchy），类型之间是独立的，没有子类型的概念。
没有子类型意味着所有的类型都属于同一层级，int 和 func(ResponseWriter, *Request) 都是独立的类型，没有谁是谁的子类这种情况。
  • 每个类型都可以有自己的方法集合，类型定义与方法实现是正交独立的。
在计算机科学中，正交（Orthogonal）指的是两个或多个概念或特性之间的独立性和相互无关性。当两个概念或特性是正交的时候，它们可以被单独处理、修改或组合，而不会对彼此产生影响。Go 语言中，类型定义与方法实现是正交的，即类型的定义和类型的方法是独立的实体。这使得我们可以为已有的类型添加新的方法，而无需修改类型的定义，从而保持代码的清晰性和可读性。
前半句很好理解，后半句什么意思呢？
就是我们可以在类型定义之后单独实现方法，也可以在已有类型上实现新的方法。
例如这里，即使已经定义了 Rectangle 类型，我们仍然可以随时在其他地方实现新的方法，而不需要修改原始类型的定义。
通过这种方式，我们可以在不修改原始类型定义的情况下，为类型添加新的方法，并在代码中使用这些方法。这样的设计提供了灵活性和可扩展性，使得类型的行为可以根据需求进行扩展，同时保持代码的清晰性和可读性。
  • 接口（interface）与其实现之间隐式关联。
由于类型可以实现自己的方法集合，当我们实现接口所有方法的时候，那么就是实现了这个接口，因为这个特性，我们可以轻松地实现多态和代码复用。
关于这个特性的一个深入例子：Go 适配器（Adapter）模式
  • 包（package）之间是相对独立的，没有子包的概念。
什么问题是只有子包才能解决的呢？不需要，所以 Go 里面没有子包的概念。
我们看到这些类型就像一座座没有关联的“孤岛”，接下来 Go 采用了组合的方式，来将这些“孤岛”关联起来。
所谓组合
组合这种思想在设计模式中很常见，它允许对象通过将其他对象作为其成员来构建更复杂的对象结构，从而实现代码的复用和灵活性。
组合的好处包括：
  1. 代码复用：通过将现有的对象组合起来创建新的对象，可以避免重复编写相似的代码，提高代码复用性。
  1. 灵活性和可扩展性：通过组合不同的对象，可以轻松地创建具有不同功能和行为的新对象。这种灵活性使得系统更易于扩展和修改，以适应变化的需求。
  1. 高内聚低耦合：组合可以将相关的功能和数据封装在一起，形成高内聚的模块，同时不同模块之间的依赖关系较弱，实现了低耦合性。这样可以提高代码的可维护性和可测试性。
举一个桥接（bridge）模式的例子：
notion image
假如我们有一个形状（Shape）类， 从它能扩展出两个子类： 圆形（Circle）和方形（Square） 。
现在我们需要给形状添加红色和蓝色，假如我们只使用继承，那么我们需要创建四个子类，分别是红色圆形、红色方形、蓝色圆形、蓝色方形。光是想想就觉得很痛苦。
notion image
如果我们使用组合的方式实现，那么只需要把形状和颜色组合起来，就能达到同样的效果，在 Go 中实现也非常简洁：
这种语法叫做类型嵌入（type embedding）。
篇幅有限，如果你对设计模式感兴趣，请参考我的仓库：
DesignPattern-GO
hhmy27 • Updated Sep 29, 2023
Go 的组合方式
类型嵌入（Type Embedding）是一种特性，它允许一个结构体类型（被称为"外部类型"）直接包含另一个结构体类型（被称为"内部类型"），从而使得内部类型的字段和方法可以被外部类型直接访问和使用。
通过类型嵌入，内部类型的字段和方法会被自动提升到外部类型中，就好像它们是外部类型自己的一样。被嵌入的类型和新类型之间没有任何关系，甚至相互完全不知道对方的存在，更没有经典 OOP 中的那种父类、子类的关系以及向上、向下转型（少了很多无聊的面试题）。
例如：
Mutex 嵌入到 poolLocal 中，poolLocal 将会拥有Mutex类型的Lock和Unlock方法。我们要做的只是初始化 poolLocal 的时候传入 Mutex 的实例即可。
interface 也可以进行组合，例如：

面向工程

Go 是一门以软件工程为目的的设计语言。
下面我们将通过 Rob Pike 在 2012 年的演讲稿中体会一下作者在设计 Go 时的目的和期望。
原文：Go at Google: Language Design in the Service of Software Engineering
问题所在
Google 中有非常多的大规模软件，软件的代码行数以百万计，服务器软件绝大多数用的是C++，还有很多用的是Java，剩下的一部分还用到了Python。成千上万的工程师在这些代码上工作。
在软件开发过程中存在一些问题，主要包括：
  • 程序构建慢
  • 失控的依赖管理
  • 开发人员使用编程语言的不同子集（比如 C++ 支持多范式，这样有些人用 OO，有些人用泛型）
  • 代码可理解性差（代码可读性差、文档差等）
  • 功能重复实现
  • 升级更新消耗大
Go 的解决方案
Go 正是为了解决这些问题而设计的。Go 的目标是要消除 Google 公司软件开发中的缓慢和痛苦，从而让开发过程更加高效并且更加具有可伸缩性（scalability）。该语言的设计者和使用者都是要为大型软件系统编写、阅读和调试以及维护代码的人。
依赖处理
Go 的依赖处理是由语言定义的，通过 import 来导入需要依赖的包，这将给编译器提供一个清晰明确的依赖关系。
其次，Go 的编译器会深入处理依赖关系，如果：
  • A 包 引用 B 包
  • B 包 引用 C 包
  • A 包 不引用 C 包
那么 Go 会按照 C ⇒ B ⇒ A 的方式编译代码。
值得一提的是，Go 不支持循环依赖，这样做的好处是给编译器提供了完整清晰的依赖关系，加快编译速度，缺点是有些功能需要重复实现，比如说：底层的网络package里有自己的整数到小数的转换程序，就是为了避免对较大的、依赖关系复杂的格式化I/O package的依赖。
语法
语法是编程语言的用户接口，它直接影响开发人员对于一门语言的使用体验。
Go语言因此在设计阶段就为语言的明确性和相关工具的编写做了考虑，设计了一套简洁的语法。与C语言家族的其他几个成员相比，Go语言的词法更为精炼，仅25个关键字（C99为37个；C++11为84个；并且数量还在持续增加）。
命名
Go 语言中，名字自己包含了可见性的信息，而不是使用常见的 private, public 等关键字来标识可见性：标识符首字母的大小写决定了可见性。
如果首字母是大写字母，这个标识符是exported(public)， 否则是私有的。
同时，Go 的命名也是简洁的，你可以看到在标准库中有大量的缩写，通过缩写和上下文确定变量的含义。
常见的缩写有：
index ⇒ i
key ⇒ k
value ⇒ v
error ⇒ err
并发
Go 的并发库非常强大，channel、mutex 组合起来就能实现强大的并发能力。
工具
Go被称为“自带电池”（battery-included）的编程语言。自带电池指的是 Go 语言标准库功能丰富，多数功能无须依赖第三方包或库。Go 在标准库中提供了各类高质量且性能优良的功能包，其中的net/http、crypto/xx、encoding/xx 等包充分迎合了云原生时代关于 API/RPC Web 服务的构建需求。
工具链
Go 语言提供了十分全面、贴心的编程语言官方工具链，涵盖了编译、编辑、依赖获取、调试、测试、文档、性能剖析等的方方面面。
除了上面介绍的内容以外，Go 还有很多特性来支持它的可伸缩性（scalability），这里就不展开了。
Go 的 scalability 意味着 Go 不仅能胜任小规模的开发任务，也能在如 Google 中大规模的内部项目中游刃有余。

总结

“语言影响或决定人类的思维方式。” —— 萨丕尔-沃夫假说
在这篇文章中，我们通过三个章节来了解 Go 的设计思想和特点。
  • 简单是一种美德：Go 通过语法、最小思维来实现“less is more”的效果。
  • 组合优于继承中：Go 通过组合来达到低内聚、高耦合的效果。
  • 面向工程：Go 通过各种各样的特性来实现 scalability。
Go 的高质量代码，必然是在 Go 的设计思想指导下编写的代码，我们在学习一门语言的时候，不仅要学习如何写出可运行的代码，更要在这基础上尝试理解语言背后的设计思想，写出符合这门语言编程思维的代码。在长期实践中，Go 开发团队、社区逐渐形成了一种编程思维，形成了符合 Go 语言哲学的惯用法（idiomatic go，类似于 Pythonic）。
希望通过这篇文章，能让大家体会到 Go 的设计思想，在之后的开发中，能写出更高质量的代码。
 

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