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Go：优雅成长的代码

本文翻译自《Go: code that grows with grace》，是个PPT。

Andrew Gerrand

Google Sydney

1 Go：优雅成长的代码

Andrew Gerrand

Google Sydney

2 视频

本次演讲的视频于2012年11月在瑞典马尔默的Øredev录制。

在Vimeo上观看演讲

3 Go

你可能听说过Go。

这是我最喜欢的语言。我想你也会喜欢的。

4 什么是Go？

一个开源（BSD 许可）项目：

  • 语言规范，
  • 小型运行时（垃圾收集器、调度器等），
  • 两个编译器（gc和gccgo），
  • “包括电池”标准库，
  • 工具（构建、获取、测试、文档、配置文件、格式），
  • 文档。

截至2012年9月，我们有300多名贡献者。

5 Go是关于组合的

Go是面向对象的，但不是以通常的方式实现。

  • 没有类（可以在任何类型上声明方法）
  • 没有子类继承
  • 隐式满足接口（结构类型）

结果：通过小接口连接起来的多个简单部件。

6 Go是关于并发的

Go提供了类似CSP的并发原语。

  • 轻量级线程（协程(goroutines)）
  • 类型化线程安全通信和同步（通道(channels)）

结果：可理解的并发代码。

7 Go是关于地鼠的

8 核心价值

Go是关于组合、并发和地鼠的。

记在脑子里。

9 Hello, go

package main

import "fmt"

func main() {
    fmt.Println("Hello, go")
}

10 Hello, net

package main

import (
    "fmt"
    "log"
    "net"
)

const listenAddr = "localhost:4000"

func main() {
    l, err := net.Listen("tcp", listenAddr)
    if err != nil {
        log.Fatal(err)
    }
    for {
        c, err := l.Accept()
        if err != nil {
            log.Fatal(err)
        }
        fmt.Fprintln(c, "Hello!")
        c.Close()
    }
}

11 接口

嘿内托！我们只是使用Fprintln写入网络连接。

这是因为Fprintln写入io.Writer，而net.Conn实现了io.Writer接口。

        fmt.Fprintln(c, "Hello!")

func Fprintln(w io.Writer, a ...interface{}) (n int, err error)

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

type Conn interface {
    Read(b []byte) (n int, err error)
    Write(b []byte) (n int, err error)
    Close() error
    // ... 省略了一些额外函数 ...
}

12 回声服务器

package main

import (
    "io"
    "log"
    "net"
)

const listenAddr = "localhost:4000"

func main() {
    l, err := net.Listen("tcp", listenAddr)
    if err != nil {
        log.Fatal(err)
    }
    for {
        c, err := l.Accept()
        if err != nil {
            log.Fatal(err)
        }
        io.Copy(c, c)
    }
}

13 深入了解io.Copy

        io.Copy(c, c)

// 将副本从src复制到dst，直到在src上达到EOF或发生错误。它返回复制的字节数和复制时遇到的第一个错误（如果有）。
func Copy(dst Writer, src Reader) (written int64, err error)

type Conn interface {
    Read(b []byte) (n int, err error)
    Write(b []byte) (n int, err error)
    Close() error
    // ... 省略了一些额外函数 ...
}

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

type Reader interface {
    Read(p []byte) (n int, err error)
}

14 协程(Goroutine)

Goroutine是由Go运行时管理的轻量级线程。要在新的goroutine中运行函数，只需在函数调用之前加上“go”关键字。

package main

import (
    "fmt"
    "time"
)

func main() {
    go say("let's go!", 3)
    go say("ho!", 2)
    go say("hey!", 1)
    time.Sleep(4 * time.Second)
}

func say(text string, secs int) {
    time.Sleep(time.Duration(secs) * time.Second)
    fmt.Println(text)
}

15 并发版本的回声服务器

package main

import (
    "io"
    "log"
    "net"
)

const listenAddr = "localhost:4000"

func main() {
    l, err := net.Listen("tcp", listenAddr)
    if err != nil {
        log.Fatal(err)
    }
    for {
        c, err := l.Accept()
        if err != nil {
            log.Fatal(err)
        }
        go io.Copy(c, c)
    }
}

16 “聊天轮盘”

在本次演讲中，我们将看一个基于流行的“聊天轮盘”网站的简单程序。

简而言之：

  • 用户连接，
  • 另一个用户连接，
  • 每一个用户输入的所有内容都会发送给另一个用户。

17 设计

聊天程序类似于回声程序。使用echo，我们将连接的传入数据复制回到同一连接。

对于聊天，我们必须将传入数据从一个用户的连接复制到另一个用户的连接。

复制数据很容易。就像在现实生活中一样，困难的部分是将一个用户与另一个用户匹配。

18 设计图

19 通道(Channel)

Goroutines通过通道进行通信。通道是一个类型化的管道，可以是同步的（无缓冲的）或异步的（有缓冲的）。

package main

import "fmt"

func main() {
    ch := make(chan int)
    go fibs(ch)
    for i := 0; i < 20; i++ {
        fmt.Println(<-ch)
    }
}

func fibs(ch chan int) {
    i, j := 0, 1
    for {
        ch <- j
        i, j = j, i+j
    }
}

20 选择(select)

一个select语句就像一个开关，但它选择通道的操作（并选择其中一个）。

package main

import (
    "fmt"
    "time"
)

func main() {
    ticker := time.NewTicker(time.Millisecond * 250)
    boom := time.After(time.Second * 1)
    for {
        select {
        case <-ticker.C:
            fmt.Println("tick")
        case <-boom:
            fmt.Println("boom!")
            return
        }
    }
}

21 修改回声程序以创建聊天程序

在Accept循环中，我们替换了对io.Copy的调用：

    for {
        c, err := l.Accept()
        if err != nil {
            log.Fatal(err)
        }
        go io.Copy(c, c)
    }

通过调用新函数，match：

    for {
        c, err := l.Accept()
        if err != nil {
            log.Fatal(err)
        }
        go match(c)
    }

22 匹配器

match函数尝试在通道上同时发送和接收连接。

  • 如果发送成功，则连接已移交给另一个goroutine，因此函数退出并且goroutine关闭。
  • 如果接收成功，则表示已从另一个goroutine接收到连接。然后当前的goroutine已有两个连接，因此它在它们之间启动一个聊天会话。
var partner = make(chan io.ReadWriteCloser)

func match(c io.ReadWriteCloser) {
    fmt.Fprint(c, "Waiting for a partner...")
    select {
    case partner <- c:
        // 现在由另一个goroutine处理
    case p := <-partner:
        chat(p, c)
    }
}

23 交谈

聊天功能向每个连接发送问候，然后将数据从一个连接复制到另一个，反之亦然。

请注意，它启动了另一个goroutine，以便复制操作可能同时发生。

func chat(a, b io.ReadWriteCloser) {
    fmt.Fprintln(a, "Found one! Say hi.")
    fmt.Fprintln(b, "Found one! Say hi.")
    go io.Copy(a, b)
    io.Copy(b, a)
}

24 演示(Demo)

25 错误处理

谈话结束后进行清理很重要。为此，我们将每个io.Copy调用的错误值发送到通道，记录任何非零值错误，并关闭两个连接。

func chat(a, b io.ReadWriteCloser) {
    fmt.Fprintln(a, "Found one! Say hi.")
    fmt.Fprintln(b, "Found one! Say hi.")
    errc := make(chan error, 1)
    go cp(a, b, errc)
    go cp(b, a, errc)
    if err := <-errc; err != nil {
        log.Println(err)
    }
    a.Close()
    b.Close()
}

func cp(w io.Writer, r io.Reader, errc chan<- error) {
    _, err := io.Copy(w, r)
    errc <- err
}

26 演示

27 把它带到网上

“可爱的程序，”你说，“但是谁想通过原始TCP连接来聊天呢？”

好观点。让我们通过将其转变为Web应用程序来对其进行现代化改造。

我们将使用websocket代替TCP套接字。

我们将使用Go的标准net/http包提供用户界面，并且websocket支持由go.net子存储库中的websocket包提供。

28 Hello, web

package main

import (
    "fmt"
    "log"
    "net/http"
)

const listenAddr = "localhost:4000"

func main() {
    http.HandleFunc("/", handler)
    err := http.ListenAndServe(listenAddr, nil)
    if err != nil {
        log.Fatal(err)
    }
}

func handler(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
    fmt.Fprint(w, "Hello, web")
}

29 Hello, WebSocket

var sock = new WebSocket("ws://localhost:4000/");
sock.onmessage = function(m) { console.log("Received:", m.data); }
sock.send("Hello!\n")

package main

import (
    "fmt"
    "golang.org/x/net/websocket"
    "net/http"
)

func main() {
    http.Handle("/", websocket.Handler(handler))
    http.ListenAndServe("localhost:4000", nil)
}

func handler(c *websocket.Conn) {
    var s string
    fmt.Fscan(c, &s)
    fmt.Println("Received:", s)
    fmt.Fprint(c, "How do you do?")
}

30 使用http和websocket包

package main

import (
    "fmt"
    "io"
    "log"
    "net/http"

    "golang.org/x/net/websocket"
)

const listenAddr = "localhost:4000"

func main() {
    http.HandleFunc("/", rootHandler)
    http.Handle("/socket", websocket.Handler(socketHandler))
    err := http.ListenAndServe(listenAddr, nil)
    if err != nil {
        log.Fatal(err)
    }
}

31 提供HTML和JavaScript

import "html/template"
func rootHandler(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
    rootTemplate.Execute(w, listenAddr)
}

var rootTemplate = template.Must(template.New("root").Parse(`
<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
<meta charset="utf-8" />
<script>
    websocket = new WebSocket("ws://{{.}}/socket");
    websocket.onmessage = onMessage;
    websocket.onclose = onClose;
</html>
`))

32 添加套接字(socket)类型

我们不能只使用websocket.Conn而不是net.Conn，因为websocket.Conn由其处理函数保持打开状态。在这里，我们使用一个通道来保持处理程序运行，直到调用套接字的Close方法。

type socket struct {
    conn *websocket.Conn
    done chan bool
}

func (s socket) Read(b []byte) (int, error)  { return s.conn.Read(b) }
func (s socket) Write(b []byte) (int, error) { return s.conn.Write(b) }

func (s socket) Close() error {
    s.done <- true
    return nil
}

func socketHandler(ws *websocket.Conn) {
    s := socket{conn: ws, done: make(chan bool)}
    go match(s)
    <-s.done
}

33 结构嵌入

Go支持一种具有“结构嵌入”特性的“混合”功能。被嵌入结构的类型（下例中的B）可以直接调用嵌入结构（下例中的A）的方法（下例中的Hello）。

type A struct{}

func (A) Hello() {
    fmt.Println("Hello!")
}

type B struct {
    A
}

// func (b B) Hello() { b.A.Hello() } // (隐式的!)

func main() {
    var b B
    b.Hello()
}

34 嵌入websocket连接

通过将*websocket.Conn嵌入io.ReadWriter，我们可以删除套接字显式的Read和Write方法。

type socket struct {
    io.ReadWriter
    done          chan bool
}

func (s socket) Close() error {
    s.done <- true
    return nil
}

func socketHandler(ws *websocket.Conn) {
    s := socket{ws, make(chan bool)}
    go match(s)
    <-s.done
}

35 演示

36 缓解孤独

如果你连接了，但那里没有人怎么办？

如果我们能合成一个聊天伙伴不是很好吗？

我们开始做吧。

37 使用马尔可夫链生成文本

Source
"I am not a number! I am a free man!"

Prefix           Suffix 
"" ""            "I"
"" "I"           "am"
"I" "am"         "a"
"I" "am"         "not"
"a" "free"       "man!"
"am" "a"         "free"
"am" "not"       "a"
"a" "number!"    "I"
"number!" "I"    "am"
"not" "a"        "number!"

Generated sentences beginning with the prefix "I am"
"I am a free man!"
"I am not a number! I am a free man!"
"I am not a number! I am not a number! I am a free man!"
"I am not a number! I am not a number! I am not a number! I am a free man!"

38 使用马尔可夫链生成文本

幸运的是，Go doc包含一个马尔可夫链实现：

golang.org/doc/codewalk/markov

我们将使用经过修改以确保并发使用的版本。

// Chain包含前缀到后缀列表的映射map ("chain")。
// 前缀是由空格连接的prefixLen长度的字符串串。
// 后缀是一个单词。一个前缀可以有多个后缀。
type Chain struct {

// Write将字节解析为存储在Chain中的前缀和后缀。
func (c *Chain) Write(b []byte) (int, error) {

// Generate返回从Chain生成的最多n个单词的字符串。
func (c *Chain) Generate(n int) string {

39 给链(chan)喂食

我们将使用进入系统的所有文本来构建马尔可夫链。

为此，我们将套接字的ReadWriter拆分为Reader和Writer，并将所有传入数据提供给Chain实例。

type socket struct {
    io.Reader
    io.Writer
    done chan bool
}

var chain = NewChain(2) // 2个单词前缀

func socketHandler(ws *websocket.Conn) {
    r, w := io.Pipe()
    go func() {
        _, err := io.Copy(io.MultiWriter(w, chain), ws)
        w.CloseWithError(err)
    }()
    s := socket{r, ws, make(chan bool)}
    go match(s)
    <-s.done
}

40 马尔可夫机器人

// Bot返回一个io.ReadWriteCloser，它使用生成的句子响应给每个传入的写入。
func Bot() io.ReadWriteCloser {
    r, out := io.Pipe() // 用于传出数据
    return bot{r, out}
}

type bot struct {
    io.ReadCloser
    out io.Writer
}

func (b bot) Write(buf []byte) (int, error) {
    go b.speak()
    return len(buf), nil
}

func (b bot) speak() {
    time.Sleep(time.Second)
    msg := chain.Generate(10) // 最多10个单词
    b.out.Write([]byte(msg))
}

41 集成马尔可夫机器人

如果真正的伙伴不加入，那么加入一个机器人。

为此，我们在5秒后触发的select中添加一个case，开始用户的套接字和机器人之间的聊天。

func match(c io.ReadWriteCloser) {
    fmt.Fprint(c, "Waiting for a partner...")
    select {
    case partner <- c:
        // 现在由另一个goroutine处理
    case p := <-partner:
        chat(p, c)
    case <-time.After(5 * time.Second):
        chat(Bot(), c)
    }
}

42 演示

43 还有一件事情

44 同时使用TCP和HTTP

func main() {
    go netListen()
    http.HandleFunc("/", rootHandler)
    http.Handle("/socket", websocket.Handler(socketHandler))
    err := http.ListenAndServe(listenAddr, nil)
    if err != nil {
        log.Fatal(err)
    }
}

func netListen() {
    l, err := net.Listen("tcp", "localhost:4001")
    if err != nil {
        log.Fatal(err)
    }
    for {
        c, err := l.Accept()
        if err != nil {
            log.Fatal(err)
        }
        go match(c)
    }
}

45 演示

46 讨论

47 进一步阅读

关于Go：

golang.org

本次演讲的幻灯片：

go.dev/talks/2012/chat.slide

Rob Pike的“Go并发模式”：

golang.org/s/concurrency-patterns

48 致谢

Andrew Gerrand

Google Sydney

http://andrewgerrand.com/

@enneff

http://golang.org/

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