Go語言程序設計

Go語言概述

語言歷史

Go語言也稱爲Golang，是由Google公司開發的一種靜態強類型、編譯型、語言原生支持併發、具備垃圾回收功能的編程語言。起源於2007年，並在2009年正式對外發布。Go語言是很是年輕的一門語言，它的主要目標是「兼具 Python 等動態語言的開發速度和 C/C++等編譯型語言的性能與安全性」。

Go語言是編程語言設計的又一次嘗試，是對類C語言的重大改進，它不但能讓你訪問底層操做系統，還提供了強大的網絡編程和併發編程支持。Go語言的用途衆多，能夠進行網絡編程、系統編程、併發編程等等。

Go語言的推出，旨在不損失應用程序性能的狀況降低低代碼的複雜性，具備「部署簡單、併發性好、語言設計良好、執行性能好」等優點。

Go語言有時候被描述爲「21世紀的C語言」。Go 從C語言繼承了類似的表達式語法、控制流結構、基礎數據類型、調用參數傳值、指針等不少思想，還有C語言編譯後的運行效率。

Go語言沒有類和繼承的概念，經過組合來實現代碼複用，同時它經過接口（interface）的概念來實現多態性。因此Go語言的面向對象編程和傳統面嚮對象語言（如C++和Java）並不相同。

Go語言有一個吉祥物，在會議、文檔頁面和博文中，大多會包含下圖所示的 Go Gopher，這是才華橫溢的插畫家 Renee French 設計的，她也是 Go 設計者之一 Rob Pike 的妻子。

語言特性

語法簡單

Go語言的設計思想相似Unix的「少便是多」。Go語言的語法規則嚴謹，沒有歧義，這使得Go語言簡單易學。Go語言保留了指針，但一般狀況下禁止指針運算（保留unsafe包操做指針的能力）。此外，Go語言還內置切片和字典，在保留運行性能的同時也提升了開發效率。

語言級別支持併發

主流的併發模型有多進程模型、多線程模型。和主流多併發模型不一樣，Go語言採用了基於CSP的協程實現，而且在運行時作了更深度的優化處理。這使得語言級別上併發編程變得極爲容易，無須處理回調、也無需關注線程切換，只須要添加一個go關鍵字便可。

「經過通訊去共享內存，而不是經過共享內存去通訊」，go語言內置的channel數據結構配合go關鍵字實現併發通訊及控制，這對於須要考慮內存可見性等問題的多線程模型來講，是一個良好的解決方案。

高效的垃圾回收

Go語言的每次升級，垃圾回收器必然是核心組件裏修改最多的部分。從併發清理，到下降STW時間，直到Go的1.5版本實現併發標記，逐步引入三色標記和寫屏障等等，都是爲了能讓垃圾回收在不影響用戶邏輯的狀況下更好地工做。從最開始的秒級別STW到目前的微秒級STW，Go語言開發團隊一直在垃圾回收方面進行努力。

靜態連接

靜態編譯的好處顯而易見。將運行時、依賴庫直接打包到可執行文件內部，簡化了部署和發佈操做，無須事先安裝運行環境和下載諸多第三方庫。雖然相比動態編譯增長了可執行文件的大小，可是省去了依賴庫的管理。隨着微服務和容器化的發展，這也成爲了Go語言的殺手鐗之一，一個二進制文件便可運行服務。

標準庫

功能完善、質量可靠的標準庫爲編程語言提供了有力的支持。在不借助第三方擴展的狀況下，就可完成大部分基礎功能開發，這大大下降了學習和使用成本。

Go語言標準庫能夠說極爲豐富。其中值得稱道的是net/http，僅須簡單幾條語句就能實現一個高性能 Web Server。

工具鏈

完整的工具鏈對於項目開發極爲重要。Go語言在此作得至關不錯，不管是編譯、格式化、錯誤檢查、幫助文檔，仍是第三方包下載、更新都有對應的工具。

值得一提的gofmt工具，爲了解決開發者常常遇到的「代碼風格不統一」的難題，官方直接經過gofmt指定一套標準，能夠看出go語言在工程方面確實解決了許多實際問題。

此外Go語言內置完整測試框架，其中包括單元測試、性能測試、代碼覆蓋率、數據競爭，以及用來調優的pprof，這些都是保障代碼能正確而穩定運行的必備利器。

Go語言應用場景

Go 語言從發佈1.0版本以來備受衆多開發者關注並獲得普遍使用，Go 語言的簡單、高效、併發特性吸引了衆多傳統語言開發者的加入，並且人數愈來愈多。

鑑於Go語言的特色和設計的初衷，Go語言做爲服務器編程語言，很適合處理日誌、數據打包、虛擬機處理、文件系統、分佈式系統、數據庫代理等；網絡編程方面，Go語言普遍應用於Web應用、API應用、下載應用等；除此以外，Go語言還適用於內存數據庫和雲平臺領域，目前國外不少雲平臺都是採用Go開發。

• 服務器編程。例如處理日誌、數據打包、虛擬機處理、文件系統等。
• 分佈式系統、數據庫代理器、中間件等。例如Etcd。
• 網絡編程。這一塊目前應用最廣，包括Web應用、API應用、下載應用等等。
• 開發雲平臺。目前國內外不少雲平臺在採用Go開發。

Go語言知名項目

Go發佈以後，不少公司特別是雲計算公司開始用Go重構他們的基礎架構，不少基礎設施都是直接採用Go進行了開發，誕生了許多熱門項目。

基礎設施

表明項目：docker、kubernetes、etcd、consul等。

數據庫

表明項目：influxdb、cockroachdb等。

微服務

表明項目：go-kit、micro、kratos等。

安裝Go語言

Go語言可用於FreeBSD、Linux、Windows和macOS等操做系統。有關對這些平臺的要求，請參與Go語言網站列出的系統需求。

Go語言的官方網站爲https://golang.org/，國內的用戶能夠訪問https://golang.google.cn/dl/。一般狀況下，按照本文的步驟進行安裝不會出現問題，遇到安裝問題的讀者，請經過公衆號與我聯繫。

Windows系統

下載連接

• 32位下載地址：https://golang.google.cn/dl/go1.15.8.windows-386.msi
• 64位下載地址：https://golang.google.cn/dl/go1.15.8.windows-amd64.msi

默認安裝到C:go目錄下，建議不要更改安裝目錄。

GOPATH配置

安裝完畢後須要配置GOPATH，GOPATH是Go語言用來存放第三方源碼、二進制文件、類庫等文件的路徑。

1. 例如系統用戶名爲demo，則須要新建如下三個目錄：

• C:Usersdemogosrc 存放源碼
• C:Usersdemogopkg 存放類庫
• C:Usersdemogobin 存在二進制文件

1. 環境變量設置：

• 新增GOPATH，值爲C:Usersdemogo
• 新增PATH（已存在則編輯），值爲C:Usersdemogobin

Linux系統

Linux具備衆多發行版，如Ubuntu、CentOS、RedHat、Debian等等，全部發行版的安裝步驟是一致的，區別是根據CPU架構選擇不一樣的發佈包。

常見的我的計算機CPU架構爲amd64，下載amd64架構的發佈包便可。

Linux配置命令

下載壓縮包

wget https://golang.google.cn/dl/go1.15.8.linux-amd64.tar.gz

移動到opt目錄

mv go1.15.8.linux-amd64.tar.gz /opt

解壓

tar xf go1.15.8.linux-amd64.tar.gz

新建GOPATH目錄

cd ~

mkdir go

cd go

mkdir pkg src bin

編輯 ~/.bashrc文件, 添加bin路徑到PATH環境變量中

echo 'GOPATH=用戶主目錄/go' >> ~/.bashrc

echo 'PATH=/opt/go/bin:$GOPATH/bin:$PATH' >> ~/.bashrc

更新環境變量

source ~/.bashrc

測試安裝結果

go version

macOS系統

Apple公司於2020年發佈了採用M1芯片(arm64架構)的硬件產品，支持M1芯片的Go語言版本爲1.16，根據CPU架構選擇對應的pkg包安裝便可。

• amd64: https://golang.google.cn/dl/go1.15.8.darwin-amd64.pkg
• arm64: https://golang.google.cn/dl/go1.16.darwin-arm64.pkg

macOS配置命令

新建GOPATH目錄

cd ~

mkdir go

cd go

mkdir pkg src bin

編輯 ~/.bashrc文件, 添加bin路徑到PATH環境變量中

echo 'GOPATH=用戶主目錄/go' >> ~/.bashrc

echo 'PATH=$GOPATH/bin:$PATH' >> ~/.bashrc

更新環境變量

source ~/.bashrc

測試安裝結果

go version

配置集成開發環境

本節將介紹如何在本地計算機上配置集成開發環境，如下步驟使用macOS版本做爲示例，其餘操做系統相似。

Visual Studio Code(簡稱VSCode)是由微軟開發的、同時支持Windows、Linux和macOS操做系統的開源編輯器，它支持測試，而且內置了git功能，提供了豐富的語言支持與經常使用編程工具。

1. 打開官方網站 https://code.visualstudio.com/，點擊藍色按鈕下載便可。
2. 新版本的VSCode再也不內置中文語言包，須要安裝語言包擴展。安裝VSCode後打開VSCode編輯器，在擴展窗口中搜索「Chinese」，安裝第一個便可。

1. 用VSCode新建一個空項目，打開項目以後新建main.go，此時VSCode右下角會彈出Go工具鏈安裝的提示，選擇」Install All「便可。

編寫HTTP服務器

代碼

package main
​
import (
 "io"
 "net/http"
)
​
func main() {
 http.HandleFunc("/", func(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
 io.WriteString(w, "hello world")
 })
 http.ListenAndServe(":8080", nil)
}

程序結構說明

• package 關鍵字聲明文件所在的包，每一個go文件都必須聲明。每一個可執行程序都必須包含main包，程序的入口點爲main包的func main函數
• import 關鍵字聲明須要導入的包，代碼中須要使用http服務器相關方法，所以導入了http包
• func main程序的入口點

編譯並運行程序

編譯並運行文件是開發過程當中的一個常見步驟，Go提供了完成這個步驟的快捷途徑。

Go語言提供了build和run兩個命令來編譯運行Go程序：

• go build 會編譯可執行文件，並不執行
• go run 不會建立可執行文件，直接執行

使用go run運行HTTP服務器，以後經過瀏覽器打開便可。

小結

本文介紹了Go語言的安裝以及集成開發環境的配置。經過HTTP服務器演示了Go程序的開發過程。

下一章將學習Go語言的基本語法：

• 變量和常量
• 數據類型
• 運算符
• 條件語句
• 循環語句