Golang-启蒙

悠悠 2023-10-10 19:03 23阅读 0赞

### 介绍 ###

Go语言（或 Golang）起源于 2007 年，并在 2009 年正式对外发布。Go 是非常年轻的一门语言，它的主要目标是“兼具 Python 等动态语言的开发速度和 C/C++ 等编译型语言的性能与安全性”。

Go语言是编程语言设计的又一次尝试，是对类C语言的重大改进，它不但能让你访问底层操作系统，还提供了强大的网络编程和并发编程支持。Go语言的用途众多，可以进行网络编程、系统编程、并发编程、分布式编程。

Go语言的推出，旨在不损失应用程序性能的情况下降低代码的复杂性，具有“部署简单、并发性好、语言设计良好、执行性能好”等优势，目前国内诸多 IT 公司均已采用Go语言开发项目。

Go语言有时候被描述为“C 类似语言”，或者是“21 世纪的C语言”。Go 从C语言继承了相似的表达式语法、控制流结构、基础数据类型、调用参数传值、指针等很多思想，还有C语言一直所看中的编译后机器码的运行效率以及和现有操作系统的无缝适配。

因为Go语言没有类和继承的概念，所以它和 Java 或 C++ 看起来并不相同。但是它通过接口（interface）的概念来实现多态性。Go语言有一个清晰易懂的轻量级类型系统，在类型之间也没有层级之说。因此可以说Go语言是一门混合型的语言。

> **建议学习GO之前需要了解 C 或者C++ 以及 一门其他的高级语言 Java, C\# , Python ,否则学习会特别痛苦的因为Go是建立在这些语言之后的产物,吸取了他们的优点屏蔽了缺点**

### Go作者 ###

Go语言是UNIX作者、C语言作者、谷歌V8引擎作者携手打造的, 由谷歌公司2009年推出的一门高级编程言语。  
![image.png][]  
Go语言的所有设计者都说，设计Go语言是因为 C++ 给他们带来了挫败感。在 Google I/O 2012 的 Go 设计小组见面会上，Rob Pike 是这样说的：  
我们做了大量的 C++ 开发，厌烦了等待编译完成，尽管这是玩笑，但在很大程度上来说也是事实。

### 使用维度 ###

> 从公司角度:

许多大厂都已经拥抱 Go 语言，包括阿里巴巴、京东、今日头条、小米、滴滴、七牛云、360等明星公司, 也包括知乎、轻松筹、快手、探探、美图、猎豹移动等等。同时，创业公司也很喜欢 Go 语言，主要因为其入门快、程序库多、运行迅速，很适合快速构建互联网软件产品。

> 从业务维度:

Go 程序可以在装有 Windows、Linux、FreeBSD 等操作系统的服务器上运行，并用于提供基础软件支撑、API 服务、Web 服务、网页服务等等。

*  在云计算、微服务、大数据、区块链、物联网等领域，Go 语言早已蓬勃发展. 除了语法简单, 性能优越以外, K8S底层架构在云计算的领导地位(K8S就是Go开发的), 也让这些各大公司不得不拥抱Go语言。
 *  区块链的崛起更进一步带动了Go工程师的需求,市面上大部分区块链明星项目都是用Go开发的, 足以说明Go在分布式系统中的地位，这也就是为什么今年开始，大批金融公司开始招聘Go工程师的重要原因。

### **Go语言应用场景** ###

*  网络编程，这一块目前应用最广，包括Web应用、API应用、下载应用、内存数据库等
 *  云平台开发，目前国外很多云平台在采用Go开
 *  服务器编程, 以前你如果使用Java或者C++做的那些事情，都可以用Go来做
 *  分布式系统，数据库代理器等
 *  它可以做从底层到前端的任何工作

### Go 是编译型语言 ###

Go 使用编译器来编译代码。编译器将源代码编译成二进制（或字节码）格式；在编译代码时，编译器检查错误、优化性能并输出可在不同平台上运行的二进制文件。要创建并运行 Go 程序，程序员必须执行如下步骤。

1.  使用文本编辑器创建 Go 程序；
2.  保存文件；
3.  编译程序；
4.  运行编译得到的可执行文件。

这不同于 Python、Ruby 和 JavaScript 等语言，它们不包含编译步骤。Go 自带了编译器，因此无须单独安装编译器。

在Go语言出现之前，开发者们总是面临非常艰难的抉择，究竟是使用执行速度快但是编译速度并不理想的语言（如：C++），还是使用编译速度较快但执行效率不佳的语言（如：.NET、Java），或者说开发难度较低但执行速度一般的动态语言呢？显然，Go语言在这 3 个条件之间做到了最佳的平衡：快速编译，高效执行，易于开发。

Go语言支持交叉编译，比如说你可以在运行 Linux 系统的计算机上开发可以在 Windows 上运行的应用程序。这是第一门完全支持 UTF-8 的编程语言，这不仅体现在它可以处理使用 UTF-8 编码的字符串，就连它的源码文件格式都是使用的 UTF-8 编码。Go语言做到了真正的国际化！

### Go语言吉祥物 ###

Go语言有一个吉祥物，在会议、文档页面和博文中，大多会包含下图所示的 Go Gopher，这是才华横溢的插画家 Renee French 设计的，她也是 Go 设计者之一 Rob Pike 的妻子。  
![678393-20190721115126116-339380647.jpg][]

### 语法简单 ###

抛开语法样式不谈，单就类型和规则而言，Go 与 C99、C11 相似之处颇多，这也是Go语言被冠以“NextC”名号的重要原因。

Go语言的语法处于简单和复杂的两极。C语言简单到你每写下一行代码，都能在脑中想象出编译后的模样，指令如何执行，内存如何分配，等等。而 C 的复杂在于，它有太多隐晦而不着边际的规则，着实让人头疼。相比较而言，Go 从零开始，没有历史包袱，在汲取众多经验教训后，可从头规划一个规则严谨、条理简单的世界。

Go语言的语法规则严谨，没有歧义，更没什么黑魔法变异用法。任何人写出的代码都基本一致，这使得Go语言简单易学。放弃部分“灵活”和“自由”，换来更好的维护性，我觉得是值得的。

将“++”、“–”从运算符降级为语句，保留指针，但默认阻止指针运算，带来的好处是显而易见的。还有，将切片和字典作为内置类型，从运行时的层面进行优化，这也算是一种“简单”。

### 并发模型 ###

时至今日，并发编程已成为程序员的基本技能，在各个技术社区都能看到诸多与之相关的讨论主题。在这种情况下Go语言却一反常态做了件极大胆的事，从根本上将一切都并发化，运行时用 Goroutine 运行所有的一切，包括 main.main 入口函数。

可以说，Goroutine 是 Go 最显著的特征。它用类协程的方式来处理并发单元，却又在运行时层面做了更深度的优化处理。这使得语法上的并发编程变得极为容易，无须处理回调，无须关注线程切换，仅一个关键字，简单而自然。

搭配 channel，实现 CSP 模型。将并发单元间的数据耦合拆解开来，各司其职，这对所有纠结于内存共享、锁粒度的开发人员都是一个可期盼的解脱。若说有所不足，那就是应该有个更大的计划，将通信从进程内拓展到进程外，实现真正意义上的分布式。

### 内存分配 ###

将一切并发化固然是好，但带来的问题同样很多。如何实现高并发下的内存分配和管理就是个难题。好在 Go 选择了 tcmalloc，它本就是为并发而设计的高性能内存分配组件。

可以说，内存分配器是运行时三大组件里变化最少的部分。刨去因配合垃圾回收器而修改的内容，内存分配器完整保留了 tcmalloc 的原始架构。使用 cache 为当前执行线程提供无锁分配，多个 central 在不同线程间平衡内存单元复用。在更高层次里，heap 则管理着大块内存，用以切分成不同等级的复用内存块。快速分配和二级内存平衡机制，让内存分配器能优秀地完成高压力下的内存管理任务。

在最近几个版本中，编译器优化卓有成效。它会竭力将对象分配在栈上，以降低垃圾回收压力，减少管理消耗，提升执行性能。可以说，除偶尔因性能问题而被迫采用对象池和自主内存管理外，我们基本无须参与内存管理操作。

### 垃圾回收 ###

垃圾回收一直是个难题。早年间，Java 就因垃圾回收低效被嘲笑了许久，后来 Sun 连续收纳了好多人和技术才发展到今天。可即便如此，在 Hadoop 等大内存应用场景下，垃圾回收依旧捉襟见肘、步履维艰。

相比 Java，Go 面临的困难要更多。因指针的存在，所以回收内存不能做收缩处理。幸好，指针运算被阻止，否则要做到精确回收都难。

每次升级，垃圾回收器必然是核心组件里修改最多的部分。从并发清理，到降低 STW 时间，直到 Go 的 1.5 版本实现并发标记，逐步引入三色标记和写屏障等等，都是为了能让垃圾回收在不影响用户逻辑的情况下更好地工作。尽管有了努力，当前版本的垃圾回收算法也只能说堪用，离好用尚有不少距离。

### 静态链接 ###

Go 刚发布时，静态链接被当作优点宣传。只须编译后的一个可执行文件，无须附加任何东西就能部署。这似乎很不错，只是后来风气变了。连着几个版本，编译器都在完善动态库 buildmode 功能，场面一时变得有些尴尬。

暂不说未完工的 buildmode 模式，静态编译的好处显而易见。将运行时、依赖库直接打包到可执行文件内部，简化了部署和发布操作，无须事先安装运行环境和下载诸多第三方库。这种简单方式对于编写系统软件有着极大好处，因为库依赖一直都是个麻烦。

### 标准库 ###

功能完善、质量可靠的标准库为编程语言提供了充足动力。在不借助第三方扩展的情况下，就可完成大部分基础功能开发，这大大降低了学习和使用成本。最关键的是，标准库有升级和修复保障，还能从运行时获得深层次优化的便利，这是第三方库所不具备的。

Go 标准库虽称不得完全覆盖，但也算极为丰富。其中值得称道的是 net/http，仅须简单几条语句就能实现一个高性能 Web Server，这从来都是宣传的亮点。更何况大批基于此的优秀第三方 Framework 更是将 Go 推到 Web/Microservice 开发标准之一的位置。

当然，优秀第三方资源也是语言生态圈的重要组成部分。近年来崛起的几门语言中，Go 算是独树一帜，大批优秀作品频繁涌现，这也给我们学习 Go 提供了很好的参照。

### 工具链 ###

完整的工具链对于日常开发极为重要。Go 在此做得相当不错，无论是编译、格式化、错误检查、帮助文档，还是第三方包下载、更新都有对应的工具。其功能未必完善，但起码算得上简单易用。

内置完整测试框架，其中包括单元测试、性能测试、代码覆盖率、数据竞争，以及用来调优的 pprof，这些都是保障代码能正确而稳定运行的必备利器。

除此之外，还可通过环境变量输出运行时监控信息，尤其是垃圾回收和并发调度跟踪，可进一步帮助我们改进算法，获得更佳的运行期表现。

### Go语言为并发而生 ###

在早期 CPU 都是以单核的形式顺序执行机器指令。Go语言的祖先C语言正是这种顺序编程语言的代表。顺序编程语言中的顺序是指：所有的指令都是以串行的方式执行，在相同的时刻有且仅有一个 CPU 在顺序执行程序的指令。

随着处理器技术的发展，单核时代以提升处理器频率来提高运行效率的方式遇到了瓶颈，单核 CPU 发展的停滞，给多核 CPU 的发展带来了机遇。相应地，编程语言也开始逐步向并行化的方向发展。

虽然一些编程语言的框架在不断地提高多核资源使用效率，例如 Java 的 Netty 等，但仍然需要开发人员花费大量的时间和精力搞懂这些框架的运行原理后才能熟练掌握。

作为程序员，要开发出能充分利用硬件资源的应用程序是一件很难的事情。现代计算机都拥有多个核，但是大部分编程语言都没有有效的工具让程序可以轻易利用这些资源。编程时需要写大量的线程同步代码来利用多个核，很容易导致错误。

Go语言正是在多核和网络化的时代背景下诞生的原生支持并发的编程语言。Go语言从底层原生支持并发，无须第三方库，开发人员可以很轻松地在编写程序时决定怎么使用 CPU 资源。

Go语言的并发是基于 goroutine 的，goroutine 类似于线程，但并非线程。可以将 goroutine 理解为一种虚拟线程。Go语言运行时会参与调度 goroutine，并将 goroutine 合理地分配到每个 CPU 中，最大限度地使用 CPU 性能。

多个 goroutine 中，Go语言使用通道（channel）进行通信，通道是一种内置的数据结构，可以让用户在不同的 goroutine 之间同步发送具有类型的消息。这让编程模型更倾向于在 goroutine 之间发送消息，而不是让多个 goroutine 争夺同一个数据的使用权。

程序可以将需要并发的环节设计为生产者模式和消费者的模式，将数据放入通道。通道另外一端的代码将这些数据进行并发计算并返回结果，如下图所示。  
![image.png][image.png 1]  
Go语言通过通道可以实现多个 goroutine 之间内存共享。

### Go语言的性能如何？ ###

根据 Go 开发团队和基本的算法测试，Go语言与C语言的性能差距大概在 10%~20% 之间。虽然没有官方的性能标准，但是与其它各个语言相比已经拥有非常出色的表现。

时下流行的语言大都是运行在虚拟机上，如：Java 和 Scala 使用的 JVM，C\# 和 VB.NET 使用的 .NET CLR。尽管虚拟机的性能已经有了很大的提升，但任何使用 JIT 编译器和脚本语言解释器的编程语言（Ruby、Python、Perl 和 JavaScript）在 C 和 C++ 的绝对优势下甚至都无法在性能上望其项背。

### Go语言标准库强大 ###

学习编程语言，早已不是学一点语法规则那么简单。现在更习惯称作选择 Ecosystem（生态圈），而这其中标准库的作用和分量尤为明显。

在Go语言的安装文件里包含了一些可以直接使用的包，即标准库。Go语言的标准库（通常被称为语言自带的电池），提供了清晰的构建模块和公共接口，包含 I/O 操作、文本处理、图像、密码学、网络和分布式应用程序等，并支持许多标准化的文件格式和编解码协议。

在 Windows 下，标准库的位置在Go语言根目录下的子目录 pkg\\windows\_amd64 中；在 Linux 下，标准库在Go语言根目录下的子目录 pkg\\linux\_amd64 中（如果是安装的是 32 位，则在 linux\_386 目录中）。一般情况下，标准包会存放在  G O R O O T / p k g / GOROOT/pkg/ GOROOT/pkg/GOOS\_$GOARCH/ 目录下。

Go语言的编译器也是标准库的一部分，通过词法器扫描源码，使用语法树获得源码逻辑分支等。Go语言的周边工具也是建立在这些标准库上。在标准库上可以完成几乎大部分的需求。

Go语言的标准库以包的方式提供支持，下表列出了Go语言标准库中常见的包及其功能。

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>Go语言标准库包名</th> 
   <th>功 能</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>bufio</td> 
   <td>带缓冲的 I/O 操作</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>bytes</td> 
   <td>实现字节操作</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>container</td> 
   <td>封装堆、列表和环形列表等容器</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>crypto</td> 
   <td>加密算法</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>database</td> 
   <td>数据库驱动和接口</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>debug</td> 
   <td>各种调试文件格式访问及调试功能</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>encoding</td> 
   <td>常见算法如 JSON、XML、Base64 等</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>flag</td> 
   <td>命令行解析</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>fmt</td> 
   <td>格式化操作</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>go</td> 
   <td>Go语言的词法、语法树、类型等。可通过这个包进行代码信息提取和修改</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>html</td> 
   <td>HTML 转义及模板系统</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>image</td> 
   <td>常见图形格式的访问及生成</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>io</td> 
   <td>实现 I/O 原始访问接口及访问封装</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>math</td> 
   <td>数学库</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>net</td> 
   <td>网络库，支持 Socket、HTTP、邮件、RPC、SMTP 等</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>os</td> 
   <td>操作系统平台不依赖平台操作封装</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>path</td> 
   <td>兼容各操作系统的路径操作实用函数</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>plugin</td> 
   <td>Go 1.7 加入的插件系统。支持将代码编译为插件，按需加载</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>reflect</td> 
   <td>语言反射支持。可以动态获得代码中的类型信息，获取和修改变量的值</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>regexp</td> 
   <td>正则表达式封装</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>runtime</td> 
   <td>运行时接口</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>sort</td> 
   <td>排序接口</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>strings</td> 
   <td>字符串转换、解析及实用函数</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>time</td> 
   <td>时间接口</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>text</td> 
   <td>文本模板及 Token 词法器</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

### 开发效率 ###

![image.png][image.png 2]

### 不再纠结于 i++ 和 ++i ###

C语言非常经典的考试题为：

int a, b;
    a = i++;
    b = ++i;

这种题目对于初学者简直摸不着头脑。为什么一个简单的自增表达式需要有两种写法？  
在Go语言中，自增操作符不再是一个操作符，而是一个语句。因此，在Go语言中自增只有一种写法：

i++

如果写成前置自增++i，或者赋值后自增a=i++都将导致编译错误。

### 如何学习Go语言 ###

*  Go语言被称之为现代化的C语言, 所以无论是从语法特性, 还是作者本身, Go语言都与C语言有着莫大的关系, 所以学习本套课程之前如果你有C语言的基础, 那么将会事半功倍
 *  对于初学者而言, 学习编程的捷径只有一条, 那就是**多动手**

竹子用了4年的时间， 仅仅长了3cm， 从第五年开始， 以每天30cm的速度疯狂地生长， 仅仅用了六周的时间就长到了15米。 其实，在前面的四年， 竹子将根在土壤里延伸了数百平米。 做人做事亦是如此， 不要担心你此时此刻的付出得不到回报， 因为这些付出都是为了扎根。

![在这里插入图片描述][241d60d901ab468c8532f2a2d4413093.gif]

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