当红开发语言Go,真的是未来的技术主流吗?

摘要:文将详细介绍 Golang 的语言特点以及它的优缺点和适用场景,带着上述几个疑问,为读者分析 Go 语言的各个方面,以帮助初入 IT 行业的程序员以及对 Go 感兴趣的开发者进一步了解这个热门语言。

本文分享自华为云社区《大红大紫的 Golang 真的是后端开发中的万能药吗?》,原文作者:Marvin Zhang 。

前言

城外的人想进去,城里的人想出来。– 钱钟书《围城》

随着容器编排(Container Orchestration)、微服务(Micro Services)、云技术(Cloud Technology)等在 IT 行业不断盛行,2009 年诞生于 Google 的 Golang(Go 语言,简称 Go)越来越受到软件工程师的欢迎和追捧,成为如今炙手可热的后端编程语言。在用 Golang 开发的软件项目列表中,有 Docker(容器技术)、Kubernetes(容器编排)这样的颠覆整个 IT 行业的明星级产品,也有像 Prometheus(监控系统)、Etcd(分布式存储)、InfluxDB(时序数据库)这样的强大实用的知名项目。当然,Go 语言的应用领域也绝不局限于容器和分布式系统。如今很多大型互联网企业在大量使用 Golang 构建后端 Web 应用,例如今日头条、京东、七牛云等;长期被 Python 统治的框架爬虫领域也因为简单而易用的爬虫框架 Colly 的崛起而不断受到 Golang 的挑战。Golang 已经成为了如今大多数软件工程师最想学习的编程语言。下图是 HackerRank 在 2020 年调查程序员技能的相关结果。

那么,Go 语言真的是后端开发人员的救命良药呢?它是否能够有效提高程序员们的技术实力和开发效率,从而帮助他们在职场上更进一步呢?Go 语言真的值得我们花大量时间深入学习么?本文将详细介绍 Golang 的语言特点以及它的优缺点和适用场景,带着上述几个疑问,为读者分析 Go 语言的各个方面,以帮助初入 IT 行业的程序员以及对 Go 感兴趣的开发者进一步了解这个热门语言。

Golang 简介

Golang 诞生于互联网巨头 Google,而这并不是一个巧合。我们都知道,Google 有一个 20% 做业余项目(Side Project)的企业文化,允许工程师们能够在轻松的环境下创造一些具有颠覆性创新的产品。而 Golang 也正是在这 20% 时间中不断孵化出来。Go 语言的创始者也是 IT 界内大名鼎鼎的行业领袖,包括 Unix 核心团队成员 Rob Pike、C 语言作者 Ken Thompson、V8 引擎核心贡献者 Robert Griesemer。Go 语言被大众所熟知还是源于容器技术 Docker 在 2014 年被开源后的爆发式发展。之后,Go 语言因为其简单的语法以及迅猛的编译速度受到大量开发者的追捧,也诞生了很多优秀的项目,例如 Kubernetes。

Go 语言相对于其他传统热门编程语言来说,有很多优点,特别是其高效编译速度天然并发特性,让其成为快速开发分布式应用的首选语言。Go 语言是静态类型语言,也就是说 Go 语言跟 Java、C# 一样需要编译,而且有完备的类型系统,可以有效减少因类型不一致导致的代码质量问题。因此,Go 语言非常适合构建对稳定性灵活性均有要求的大型 IT 系统,这也是很多大型互联网公司用 Golang 重构老代码的重要原因:传统的静态 OOP 语言(例如 Java、C#)稳定性高但缺乏灵活性;而动态语言(例如 PHP、Python、Ruby、Node.js)灵活性强但缺乏稳定性。因此,“熊掌和鱼兼得” 的 Golang,受到开发者们的追捧是自然而然的事情,毕竟,“天下苦 Java/PHP/Python/Ruby 们久矣“。

不过,Go 语言并不是没有缺点。用辩证法的思维方式可以推测,Golang 的一些突出特性将成为它的双刃剑。例如,Golang 语法简单的优势特点将限制它处理复杂问题的能力。尤其是 Go 语言缺乏泛型(Generics)的问题,导致它构建通用框架的复杂度大增。虽然这个突出问题在 2.0 版本很可能会有效解决,但这也反映出来明星编程语言也会有缺点。当然,Go 的缺点还不止于此,Go 语言使用者还会吐槽其啰嗦的错误处理方式(Error Handling)、缺少严格约束的鸭子类型(Duck Typing)、日期格式问题等。下面,我们将从 Golang 语言特点开始,由浅入深多维度深入分析 Golang 的优缺点以及项目适用场景。

语言特点

简洁的语法特征

Go 语言的语法非常简单,至少在变量声明、结构体声明、函数定义等方面显得非常简洁。

变量的声明不像 Java 或 C 那样啰嗦,在 Golang 中可以用 := 这个语法来声明新变量。例如下面这个例子,当你直接使用 := 来定义变量时,Go 会自动将赋值对象的类型声明为赋值来源的类型,这节省了大量的代码。

func main() {
  valInt := 1  // 自动推断 int 类型
  valStr := "hello"  // 自动推断为 string 类型
  valBool := false  // 自动推断为 bool 类型
}

Golang 还有很多帮你节省代码的地方。你可以发现 Go 中不会强制要求用 new 这个关键词来生成某个类(Class)的新实例(Instance)。而且,对于公共和私有属性(变量和方法)的约定不再使用传统的 public 和 private 关键词,而是直接用属性变量首字母的大小写来区分。下面一些例子可以帮助读者理解这些特点。

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// 定义一个 struct 类
type SomeClass struct {
  PublicVariable string  // 公共变量
  privateVariable string  // 私有变量
}

// 公共方法
func (c *SomeClass) PublicMethod() (result string) {
  return "This can be called by external modules"
}

// 私有方法
func (c *SomeClass) privateMethod() (result string) {
  return "This can only be called in SomeClass"
}

func main() {
  // 生成实例
  someInstance := SomeClass{
    PublicVariable: "hello",
    privateVariable: "world",
  }
}
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如果你用 Java 来实现上述这个例子,可能会看到冗长的 .java 类文件,例如这样。

复制代码
// SomeClass.java
public SomeClass {
  public String PublicVariable;  // 公共变量
  private String privateVariable;  // 私有变量
 
  // 构造函数
  public SomeClass(String val1, String val2) {
    this.PublicVariable = val1;
    this.privateVariable = val2;
  }
 
  // 公共方法
  public String PublicMethod() {
    return "This can be called by external modules";
  }
 
  // 私有方法
  public String privateMethod() {
    return "This can only be called in SomeClass";
  }
}

...
 
// Application.java
public Application {
  public static void main(String[] args) {
    // 生成实例
    SomeClass someInstance = new SomeClass("hello", "world");
  }
}
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可以看到,在 Java 代码中除了容易看花眼的多层花括号以外,还充斥着大量的 public、private、static、this 等修饰用的关键词,显得异常啰嗦;而 Golang 代码中则靠简单的约定,例如首字母大小写,避免了很多重复性的修饰词。当然,Java 和 Go 在类型系统上还是有一些区别的,这也导致 Go 在处理复杂问题显得有些力不从心,这是后话,后面再讨论。总之,结论就是 Go 的语法在静态类型编程语言中非常简洁。

内置并发编程

Go 语言之所以成为分布式应用的首选,除了它性能强大以外,其最主要的原因就是它天然的并发编程。这个并发编程特性主要来自于 Golang 中的协程(Goroutine)和通道(Channel)。下面是使用协程的一个例子。

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func asyncTask() {
  fmt.Printf("This is an asynchronized task")
}

func syncTask() {
  fmt.Printf("This is a synchronized task")
}

func main() {
  go asyncTask()  // 异步执行,不阻塞
  syncTask()  // 同步执行,阻塞
  go asyncTask()  // 等待前面 syncTask 完成之后,再异步执行,不阻塞
}
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可以看到,关键词 go 加函数调用可以让其作为一个异步函数执行,不会阻塞后面的代码。而如果不加 go 关键词,则会被当成是同步代码执行。如果读者熟悉 JavaScript 中的 async/await、Promise 语法,甚至是 Java、Python 中的多线程异步编程,你会发现它们跟 Go 异步编程的简单程度不是一个量级的!

异步函数,也就是协程之间的通信可以用 Go 语言特有的通道来实现。下面是关于通道的一个例子。

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func longTask(signal chan int) {
  // 不带参数的 for
  // 相当于 while 循环
  for {
    // 接收 signal 通道传值
    v := <- signal
 
    // 如果接收值为 1,停止循环
    if v == 1 {
      break
    }
 
    time.Sleep(1 * Second)
  }
}

func main() {
  // 声明通道
  sig := make(chan int)
 
  // 异步调用 longTask
  go longTask(sig)
 
  // 等待 1 秒钟
  time.Sleep(1 * time.Second)
 
  // 向通道 sig 传值
  sig <- 1
 
  // 然后 longTask 会接收 sig 传值,终止循环
}
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面向接口编程

Go 语言不是严格的面向对象编程(OOP),它采用的是面向接口编程(IOP),是相对于 OOP 更先进的编程模式。作为 OOP 体系的一部分,IOP 更加强调规则和约束,以及接口类型方法的约定,从而让开发人员尽可能的关注更抽象的程序逻辑,而不是在更细节的实现方式上浪费时间。很多大型项目采用的都是 IOP 的编程模式。如果想了解更多面向接口编程,请查看 “码之道” 个人技术博客的往期文章《为什么说 TypeScript 是开发大型前端项目的必备语言》,其中有关于面向接口编程的详细讲解。

Go 语言跟 TypeScript 一样,也是采用鸭子类型的方式来校验接口继承。下面这个例子可以描述 Go 语言的鸭子类型特性。

复制代码
// 定义 Animal 接口
interface Animal {
  Eat()  // 声明 Eat 方法
  Move()  // 声明 Move 方法
}

// ==== 定义 Dog Start ====
// 定义 Dog 类
type Dog struct {
}

// 实现 Eat 方法
func (d *Dog) Eat() {
  fmt.Printf("Eating bones")
}

// 实现 Move 方法
func (d *Dog) Move() {
  fmt.Printf("Moving with four legs")
}
// ==== 定义 Dog End ====

// ==== 定义 Human Start ====
// 定义 Human 类
type Human struct {
}

// 实现 Eat 方法
func (h *Human) Eat() {
  fmt.Printf("Eating rice")
}

// 实现 Move 方法
func (h *Human) Move() {
  fmt.Printf("Moving with two legs")
}
// ==== 定义 Human End ====
复制代码

可以看到,虽然 Go 语言可以定义接口,但跟 Java 不同的是,Go 语言中没有显示声明接口实现(Implementation)的关键词修饰语法。在 Go 语言中,如果要继承一个接口,你只需要在结构体中实现该接口声明的所有方法。这样,对于 Go 编译器来说你定义的类就相当于继承了该接口。在这个例子中,我们规定,只要既能吃(Eat)又能活动(Move)的东西就是动物(Animal)。而狗(Dog)和人(Human)恰巧都可以吃和动,因此它们都被算作动物。这种依靠实现方法匹配度的继承方式,就是鸭子类型:如果一个动物看起来像鸭子,叫起来也像鸭子,那它一定是鸭子。这种鸭子类型相对于传统 OOP 编程语言显得更灵活。但是,后面我们会讨论到,这种编程方式会带来一些麻烦。

错误处理

Go 语言的错误处理是臭名昭著的啰嗦。这里先给一个简单例子。

复制代码
package main

import "fmt"

func isValid(text string) (valid bool, err error){
  if text == "" {
    return false, error("text cannot be empty")
  }
  return text == "valid text", nil
}

func validateForm(form map[string]string) (res bool, err error) {
  for _, text := range form {
    valid, err := isValid(text)
    if err != nil {
      return false, err
    }
    if !valid {
      return false, nil
    }
  }
  return true, nil
}

func submitForm(form map[string]string) (err error) {
  if res, err := validateForm(form); err != nil || !res {
    return error("submit error")
  }
  fmt.Printf("submitted")
  return nil
}

func main() {
  form := map[string]string{
    "field1": "",
    "field2": "invalid text",
    "field2": "valid text",
  }
  if err := submitForm(form); err != nil {
    panic(err)
  }
}
复制代码

虽然上面整个代码是虚构的,但可以从中看出,Go 代码中充斥着 if err := …; err != nil { … } 之类的错误判断语句。这是因为 Go 语言要求开发者自己管理错误,也就是在函数中的错误需要显式抛出来,否则 Go 程序不会做任何错误处理。因为 Go 没有传统编程语言的 try/catch 针对错误处理的语法,所以在错误管理上缺少灵活度,导致了 “err 满天飞” 的局面。

不过,辩证法则告诉我们,这种做法也是有好处的。第一,它强制要求 Go 语言开发者从代码层面来规范错误的管理方式,这驱使开发者写出更健壮的代码;第二,这种显式返回错误的方式避免了 “try/catch 一把梭”,因为这种 “一时爽” 的做法很可能导致 Bug 无法准确定位,从而产生很多不可预测的问题;第三,由于没有 try/catch 的括号或额外的代码块,Go 程序代码整体看起来更清爽,可读性较强。

其他

Go 语言肯定还有很多其他特性,但笔者认为以上的特性是 Go 语言中比较有特色的,是区分度比较强的特性。Go 语言其他一些特性还包括但不限于如下内容。

  • 编译迅速
  • 跨平台
  • defer 延迟执行
  • select/case 通道选择
  • 直接编译成可执行程序
  • 非常规依赖管理(可以直接引用 Github 仓库作为依赖,例如 import "github.com/crawlab-team/go-trace"
  • 非常规日期格式(格式为 “2006-01-02 15:04:05”,你没看错,据说这就是 Golang 的创始时间!)

优缺点概述

前面介绍了 Go 的很多语言特性,想必读者已经对 Golang 有了一些基本的了解。其中的一些语言特性也暗示了它相对于其他编程语言的优缺点。Go 语言虽然现在很火,在称赞并拥抱 Golang 的同时,不得不了解它的一些缺点。

这里笔者不打算长篇大论的解析 Go 语言的优劣,而是将其中相关的一些事实列举出来,读者可以自行判断。以下是笔者总结的 Golang 语言特性的不完整优缺点对比列表。

其实,每一个特性在某种情境下都有其相应的优势和劣势,不能一概而论。就像 Go 语言采用的静态类型和面向接口编程,既不缺少类型约束,也不像严格 OOP 那样冗长繁杂,是介于动态语言和传统静态类型 OOP 语言之间的现代编程语言。这个定位在提升 Golang 开发效率的同时,也阉割了不少必要 OOP 语法特性,从而缺乏快速构建通用工程框架的能力(这里不是说 Go 无法构建通用框架,而是它没有 Java、C# 这么容易)。另外,Go 语言 “奇葩” 的错误处理规范,让 Go 开发者们又爱又恨:可以开发出更健壮的应用,但同时也牺牲了一部分代码的简洁性。要知道,Go 语言的设计理念是为了 “大道至简”,因此才会在追求高性能的同时设计得尽可能简单。

无可否认的是,Go 语言内置的并发支持是非常近年来非常创新的特性,这也是它被分布式系统广泛采用的重要原因。同时,它相对于动辄编译十几分钟的 Java 来说是非常快的。此外,Go 语言没有因为语法简单而牺牲了稳定性;相反,它从简单的约束规范了整个 Go 项目代码风格。因此,**“快”(Fast)、“简”(Concise)、“稳”(Robust)**是 Go 语言的设计目的。我们在对学习 Golang 的过程中不能无脑的接纳它的一切,而是应该根据它自身的特性判断在实际项目应用中的情况。

适用场景

经过前文关于 Golang 各个维度的讨论,我们可以得出结论:Go 语言并不是后端开发的万能药。在实际开发工作中,开发者应该避免在任何情况下无脑使用 Golang 作为后端开发语言。相反,工程师在决定技术选型之前应该全面了解候选技术(语言、框架或架构)的方方面面,包括候选技术与业务需求的切合度,与开发团队的融合度,以及其学习、开发、时间成本等因素。笔者在学习了包括前后端的一些编程语言之后,发现它们各自有各自的优势,也有相应的劣势。如果一门编程语言能广为人知,那它绝对不会是一门糟糕语言。因此,笔者不会断言 “XXX 是世界上最好的语言“,而是给读者分享个人关于特定应用场景下技术选型的思路。当然,本文是针对 Go 语言的技术文,接下来笔者将分享一下个人认为 Golang 最适合的应用场景。

分布式应用

Golang 是非常适合在分布式应用场景下开发的。分布式应用的主要目的是尽可能多的利用计算资源和网络带宽,以求最大化系统的整体性能和效率,其中重要的需求功能就是并发(Concurrency)。而 Go 是支持高并发和异步编程方面的佼佼者。

前面已经提到,Go 语言内置了协程(Goroutine)和通道(Channel)两大并发特性,这使后端开发者进行异步编程变得非常容易。Golang 中还内置了sync 库,包含 Mutex(互斥锁)、WaitGroup(等待组)、Pool(临时对象池)等接口,帮助开发者在并发编程中能更安全的掌控 Go 程序的并发行为。Golang 还有很多分布式应用开发工具,例如分布式储存系统(Etcd、SeaweedFS)、RPC 库(gRPC、Thrift)、主流数据库 SDK(mongo-driver、gnorm、redigo)等。这些都可以帮助开发者有效的构建分布式应用。

网络爬虫

稍微了解网络爬虫的开发者应该会听说过 Scrapy,再不济也是 Python。市面上关于 Python 网络爬虫的技术书籍数不胜数,例如崔庆才的《Python 3 网络开发实战》和韦世东的《Python 3 网络爬虫宝典》。用 Python 编写的高性能爬虫框架 Scrapy,自发布以来一直是爬虫工程师的首选。

不过,由于近期 Go 语言的迅速发展,越来越多的爬虫工程师注意到用 Golang 开发网路爬虫的巨大优势。其中,用 Go 语言编写的 Colly 爬虫框架,如今在 Github 上已经有 13k+ 标星。其简洁的 API 以及高效的采集速度,吸引了很多爬虫工程师,占据了爬虫界一哥 Scrapy 的部分份额。前面已经提到,Go 语言内置的并发特性让严重依赖网络带宽的爬虫程序更加高效,很大的提高了数据采集效率。另外,Go 语言作为静态语言,相对于动态语言 Python 来说有更好的约束下,因此健壮性和稳定性都更好。

后端 API

Golang 有很多优秀的后端框架,它们大部分都非常完备的支持了现代后端系统的各种功能需求:RESTful API、路由、中间件、配置、鉴权等模块。而且用 Golang 写的后端应用性能很高,通常有非常快的响应速度。笔者曾经在开源爬虫管理平台 Crawlab 中用 Golang 重构了 Python 的后端 API,响应速度从之前的几百毫秒优化到了几十毫秒甚至是几毫秒,用实践证明 Go 语言在后端性能方面全面碾压动态语言。Go 语言中比较知名的后端框架有 GinBeegoEchoIris

当然,这里并不是说用 Golang 写后端就完全是一个正确的选择。笔者在工作中会用到 Java 和 C#,用了各自的主流框架(SpringBoot 和 .Net Core)之后,发现这两门传统 OOP 语言虽然语法啰嗦,但它们的语法特性很丰富,特别是泛型,能够轻松应对一些逻辑复杂、重复性高的业务需求。因此,笔者认为在考虑用 Go 来编写后端 API 时候,可以提前调研一下 Java 或 C#,它们在写后端业务功能方面做得非常棒。

总结

本篇文章从 Go 语言的主要语法特性入手,循序渐进分析了 Go 语言作为后端编程语言的优点和缺点,以及其在实际软件项目开发中的试用场景。笔者认为 Go 语言与其他语言的主要区别在于语法简洁、天然支持并发、面向接口编程、错误处理等方面,并且对各个语言特性在正反两方面进行了分析。最后,笔者根据之前的分析内容,得出了 Go 语言作为后端开发编程语言的适用场景,也就是分布式应用、网络爬虫以及后端API。

当然,Go 语言的实际应用领域还不限于此。实际上,不少知名数据库都是用 Golang 开发的,例如时序数据库 Prometheus 和 InfluxDB、以及有 NewSQL 之称的 TiDB。此外,在机器学习方面,Go 语言也有一定的优势,只是目前来说,Google 因为 Swift 跟 TensorFlow 的意向合作,似乎还没有大力推广 Go 在机器学习方面的应用,不过一些潜在的开源项目已经涌现出来,例如 GoLearn、GoML、Gorgonia 等。

在理解 Go 语言的优势和适用场景的同时,我们必须意识到 Go 语言并不是全能的。它相较于其他一些主流框架来说也有一些缺点。开发者在准备采用 Go 作为实际工作开发语言的时候,需要全面了解其语言特性,从而做出最合理的技术选型。就像打网球一样,不仅需要掌握正反手,还要会发球、高压球、截击球等技术动作,这样才能把网球打好。

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文章标题:当红开发语言Go,真的是未来的技术主流吗?
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