爲Java程序員準備的Go語言入門PPT

這是 Google 的 Go 團隊技術主管經理 Sameer Ajmani 分享的 PPT，爲 Java 程序員快速入門 Go 而準備的。

視頻

這個 PPT 是 2015年4月23日在 NYJavaSIG 中使用的。

前往 YouTube 觀看視頻

主要內容

1. Go 是什麼，誰在使用 Go？
2. 比較 Go 和 Java
3. 代碼示例
4. 併發
5. 工具

Go 是什麼？

"Go 是開源的編程語言，可以很簡單的構建簡單，可靠和高效的軟件。"

golang.org

Go 的歷史

從 2007 後半年開始設計

Robert Griesemer, Rob Pike 和 Ken Thompson.
Ian Lance Taylor 和 Russ Cox

從 2009 年開始開源，有一個非常活躍的社區。

Go 語言穩定版本 Go 1 是在 2012 年早期發佈的。

爲什麼有 Go？

Go 是解決 Google 規模的一個解決方案。

系統規模

規劃的規模爲 10⁶⁺ 臺機器
每天在幾千臺機器上作業
在系統中與其他作業進行協作，交互
同一時間進行大量工作

解決方案：對併發的支持非常強大

第二個問題：工程規模

在 2011 年

跨 40+ 辦公室的 5000+ 名開發者
每分鐘有 20+ 修改
每個月修改 50% 的代碼基礎庫
每天執行 5千萬的測試用例
單個代碼樹

解決方案：爲大型代碼基礎庫而設計的語言

誰在 Google 使用 Go？

大量的項目，幾千位 Go 程序員，百萬行的 Go 代碼。

公開的例子：

移動設備的 Chrome SPDY 代理

Chrome, ChromeOS, Android SDK, Earth 等等的下載服務器
YouTube Vitess MySQL 均衡器

主要任務是網絡服務器，但是這是通用的語言。

除了 Google 還有誰在使用 Go？

golang.org/wiki/GoUsers

Apcera, Bitbucket, bitly, Canonical, CloudFlare, Core OS, Digital Ocean, Docker, Dropbox, Facebook, Getty Images, GitHub, Heroku, Iron.io, Kubernetes, Medium, MongoDB services, Mozilla services, New York Times, pool.ntp.org, Secret, SmugMug, SoundCloud, Stripe, Square, Thomson Reuters, Tumblr, ...

比較 Go 和 Java

Go 和 Java 有很多共同之處

C 系列 (強類型，括號)
靜態類型
垃圾收集
內存安全 (nil 引用，運行時邊界檢查)
變量總是初始化 (zero/nil/false)
方法
接口
類型斷言 (實例)
反射

Go 與 Java 的不同之處

代碼程序直接編譯成機器碼，沒有 VM
靜態鏈接二進制
內存佈局控制
函數值和詞法閉包
內置字符串 (UTF-8)
內置泛型映射和數組/片段
內置併發

Go 特意去掉了大量的特性

沒有類
沒有構造器
沒有繼承
沒有 final
沒有異常
沒有註解
沒有自定義泛型

爲什麼 Go 要省去那些特性？

代碼清晰明瞭是首要的

當查看代碼時，可以很清晰的知道程序將會做什麼

當編寫代碼的時候，也可以很清晰的讓程序做你想做的

有時候這意味着編寫出一個循環而不是調用一個模糊的函數。

(不要變的太枯燥)

詳細的設計背景請看：

示例

Java程序猿對Go應該很眼熟

Main.java

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("Hello, world!");
    }
}

hello.go

package main
import "fmt"
func main() {
    fmt.Println("Hello, 世界!")
}

Hello, web server（你好，web服務）

package main

import (
    "fmt"
    "log"
    "net/http"
)
func main() {
    http.HandleFunc("/hello", handleHello)
    fmt.Println("serving on http://localhost:7777/hello")
    log.Fatal(http.ListenAndServe("localhost:7777", nil))
}
func handleHello(w http.ResponseWriter, req *http.Request) {
    log.Println("serving", req.URL)
    fmt.Fprintln(w, "Hello, 世界!")
}

（訪問權限）類型根據變量名來聲明。
公共變量名首字大寫，私有變量首字母小寫。

示例：Google

前端

func main() {
    http.HandleFunc("/search", handleSearch)
    fmt.Println("serving on http://localhost:8080/search")
    log.Fatal(http.ListenAndServe("localhost:8080", nil))
}
// handleSearch handles URLs like "/search?q=golang" by running a
// Google search for "golang" and writing the results as HTML to w.
func handleSearch(w http.ResponseWriter, req *http.Request) {

請求驗證

func handleSearch(w http.ResponseWriter, req *http.Request) {
    log.Println("serving", req.URL)
    // Check the search query.
    query := req.FormValue("q")
    if query == "" {
        http.Error(w, `missing "q" URL parameter`, http.StatusBadRequest)
        return
    }

FormValueis 是 *http.Request 的一個方法:

package http
type Request struct {...}
func (r *Request) FormValue(key string) string {...}

query := req.FormValue("q")初始化變量query，其變量類型是右邊表達式的結果，這裏是string類型.

取搜索結果

// Run the Google search.
    start := time.Now()
    results, err := Search(query)
    elapsed := time.Since(start)
    if err != nil {
        http.Error(w, err.Error(), http.StatusInternalServerError)
        return
    }

Search方法有兩個返回值，分別爲結果results和錯誤error.

func Search(query string) ([]Result, error) {...}

當error的值爲nil時，results有效。

type error interface {
    Error() string // a useful human-readable error message
}

Error類型可能包含額外的信息，可通過斷言訪問。

渲染搜索結果

// Render the results.
    type templateData struct {
        Results []Result
        Elapsed time.Duration
    }
    if err := resultsTemplate.Execute(w, templateData{
        Results: results,
        Elapsed: elapsed,
    }); err != nil {
        log.Print(err)
        return
    }

結果results使用Template.Execute生成HTML，並存入一個io.Writer：

type Writer interface {
        Write(p []byte) (n int, err error)
}

http.ResponseWriter實現了io.Writer接口。

Go變量操作HTML模板

// A Result contains the title and URL of a search result.
type Result struct {
    Title, URL string
}
var resultsTemplate = template.Must(template.New("results").Parse(`
<html>
<head/>
<body>
  <ol>
  {{range .Results}}
    <li>{{.Title}} - <a href="{{.URL}}">{{.URL}}</a></li>
  {{end}}
  </ol>
  <p>{{len .Results}} results in {{.Elapsed}}</p>
</body>
</html>
`))

請求Google搜索API

func Search(query string) ([]Result, error) {
    // Prepare the Google Search API request.
    u, err := url.Parse("https://ajax.googleapis.com/ajax/services/search/web?v=1.0")
    if err != nil {
        return nil, err
    }
    q := u.Query()
    q.Set("q", query)
    u.RawQuery = q.Encode()
    // Issue the HTTP request and handle the response.
    resp, err := http.Get(u.String())
    if err != nil {
        return nil, err
    }
    defer resp.Body.Close()

defer聲明使resp.Body.Close運行在Search方法返回時。

解析返回的JSON數據到Go struct類型

developers.google.com/web-search/docs/#fonje

var jsonResponse struct {
        ResponseData struct {
            Results []struct {
                TitleNoFormatting, URL string
            }
        }
    }
    if err := json.NewDecoder(resp.Body).Decode(&jsonResponse); err != nil {
        return nil, err
    }
    // Extract the Results from jsonResponse and return them.
    var results []Result
    for _, r := range jsonResponse.ResponseData.Results {
        results = append(results, Result{Title: r.TitleNoFormatting, URL: r.URL})
    }
    return results, nil
}

這就是它的前端

所有引用的包都來自標準庫：

import (
    "encoding/json"
    "fmt"
    "html/template"
    "log"
    "net/http"
    "net/url"
    "time"
)

Go服務器規模：每一個請求都運行在自己的goroutine裏。

讓我們談談併發。

通信順序進程(Hoare,1978)

併發程序作爲獨立進程，通過信息交流的順序執行。

順序執行很容易理解，異步則不是。

"不要爲共亨內存通信，爲通信共享內存。"

Go原理: goroutines, channels, 和 select聲明.

Goroutines

Goroutines 就像輕量級線程。

它們通過小棧（tiny stacks）和按需調整運行。

Go 程序可以擁有成千上萬個（goroutines）實例

使用go聲明啓動一個goroutines：

go f(args)

Go運行時把goroutines放進OS線程裏。

不要使用線程堵塞goroutines。

Channels

Channels被定義是爲了與goroutines之間通信。

c := make(chan string)
 
// goroutine 1
c <- "hello!"
 
// goroutine 2
s := <-c
fmt.Println(s) // "hello!"

Select

select聲明一個語句塊來判斷執行。

select {
case n := <-in:
  fmt.Println("received", n)
case out <- v:
  fmt.Println("sent", v)
}

只有條件成立的case塊會運行。

示例：Google搜索（後端）

問: Google搜索能做些什麼？

答: 提出一個問題，它可以返回一個搜索結果的頁面（和一些廣告）。

問: 我們怎麼得到這些搜索結果？

答: 發送一個問題到網頁搜索、圖片搜索、YouTube（視頻）、地圖、新聞，稍等然後檢索出結果。

我們該怎麼實現它？

Google搜索 : 一個假的框架

我們要模擬一個搜索函數，讓它隨機超時0到100毫秒。

var (
    Web   = fakeSearch("web")
    Image = fakeSearch("image")
    Video = fakeSearch("video")
)
type Search func(query string) Result
func fakeSearch(kind string) Search {
    return func(query string) Result {
        time.Sleep(time.Duration(rand.Intn(100)) * time.Millisecond)
        return Result(fmt.Sprintf("%s result for %q\n", kind, query))
    }
}

Google搜索: 測試框架

func main() {
    start := time.Now()
    results := Google("golang")
    elapsed := time.Since(start)
    fmt.Println(results)
    fmt.Println(elapsed)
}

Google搜索 (串行)

Google函數獲取一個查詢，然後返回一個的結果集 (不一定是字符串).

Google按順序調用Web（網頁）、Image（圖片）、Video（視頻）並將返回加入到結果集中。

func Google(query string) (results []Result) {
    results = append(results, Web(query))
    results = append(results, Image(query))
    results = append(results, Video(query))
    return
}

Google搜索(並行)

同時執行 Web,、Image、和Video搜索，並等待所有結果。

func方法是在query和c的地方關閉的。

func Google(query string) (results []Result) {
    c := make(chan Result)
    go func() { c <- Web(query) }()
    go func() { c <- Image(query) }()
    go func() { c <- Video(query) }()
    for i := 0; i < 3; i++ {
        result := <-c
        results = append(results, result)
    }
    return
}

Google搜索 (超時)

等待慢的服務器。

沒有鎖，沒有條件變量，沒有返回值。

    c := make(chan Result, 3)
    go func() { c <- Web(query) }()
    go func() { c <- Image(query) }()
    go func() { c <- Video(query) }()
    timeout := time.After(80 * time.Millisecond)
    for i := 0; i < 3; i++ {
        select {
        case result := <-c:
            results = append(results, result)
        case <-timeout:
            fmt.Println("timed out")
            return
        }
    }
    return

防止超時

問: 如何防止丟掉慢的服務的結果？

答: 複製這個服務，然後發送請求到多個複製的服務，並使用第一個響應的結果。

func First(query string, replicas ...Search) Result {
    c := make(chan Result, len(replicas))
    searchReplica := func(i int) { c <- replicas[i](query) }
    for i := range replicas {
        go searchReplica(i)
    }
    return <-c
}

使用First函數

func main() {
    start := time.Now()
    result := First("golang",
        fakeSearch("replica 1"),
        fakeSearch("replica 2"))
    elapsed := time.Since(start)
    fmt.Println(result)
    fmt.Println(elapsed)
}

Google搜索 (複製)

使用複製的服務以減少多餘延遲。

    c := make(chan Result, 3)
    go func() { c <- First(query, Web1, Web2) }()
    go func() { c <- First(query, Image1, Image2) }()
    go func() { c <- First(query, Video1, Video2) }()
    timeout := time.After(80 * time.Millisecond)
    for i := 0; i < 3; i++ {
        select {
        case result := <-c:
            results = append(results, result)
        case <-timeout:
            fmt.Println("timed out")
            return
        }
    }
    return