golang1.13中重要的新特新

Posted 2020-11-16 apocelipes

本文索引

• 语言变化
  • 数字字面量
  • 越界索引报错的完善
• 工具链改进
  • GOPROXY
  • GOSUMDB
  • GOPRIVATE
• 标准库的新功能
  • 判断变量是否为0值
  • 错误处理的革新
    • Unwrap
    • Is
    • As

golang1.13发布已经有一个月了，本文将会列举其中几个较为重要的特性。我们将会从语言变化、库变化以及工具链的改进这三方面逐个介绍新版本中引入的新特性。

语言变化

go团队一直承诺1.x版本的向前兼容，所以虽然1.13作为第一个开始向go2过渡的版本，其引入的语言变化是极少的，主要只有这两点：更多的数字字面量和改进的panic信息。

数字字面量

数字字面量是大家再熟悉不过的东西了，比如100，0.99，1.等。

然而奇怪的是，1.13之前的golang仅支持10进制和16进制的字面量，而在其它语言中广泛支持的二进制和八进制却不受支持。例如下面的代码是无法编译的：

fmt.Println(0b101)
fmt.Println(0o10)

在go1.13中上述字面量语法已经被支持了你可以通过0b或0B前缀来表明一个二进制数字的字面量，以及用0o和0O来表明八进制字面量。值得注意的是虽然两种写法都可以，但是gofmt默认会全部转换为小写，所以我更推荐使用0b和0o使你的代码风格尽量统一。

数字字面量的另一个变化就是引入了16进制浮点数的支持。

16进制浮点数是按照16进制来表示浮点数的方法，需要注意的是这里指的不是将浮点数表示为对应二进制值的16进制形式，而是形式如下的16进制数字：

0X十六进制整数部分.十六进制小数部分p指数

其中整数和小数部分和普通浮点字面量一样可以省略，省略的部分默认为0。p+指数的部分不可省略，指数可以有符号，它的值是2的指数。

一个16进制浮点字面量最终的结果，假设p之前的部分的值为a，p后的指数是b，最终的值如下：a * 2^b。

看上去和科学计数法很像，事实上也就是把e换成了p，指数计算从10变为了2。另外因为是每16进1，所以0x0.1p0看上去像0.1，然而它表示的是1/16，而0x0.01p0则是1/16的1/16，初见会不太直观，但是习惯后就不会有什么问题了。举点例子：

二进制和八进制字面量是比较常用的，那16进制浮点数呢？答案是更高的精度和统一的表达。

0x0.1p0表示的十进制值是0.0625，而0x0.01p0是0.00390625，已经超过了float32的精度范围，所以16进制浮点字面量可以在有限的精度范围内表示更精确的数值。统一表达自然不用多解释，习惯16进制表达的开发者更乐于使用类似形式。

具体的示例可以参考这里。

最后对于数字字面量还有一个小小的改进，那就是现在可以用下划线分隔数字增加可读性。举个例子：

fmt.Println(100000000)
fmt.Println(1_0000_0000)
fmt.Println(0xff_ff_ff)

分隔符可以出现在任意位置，但是像0x之类的算是一个完整的符号的中间不可以插入下划线，分隔符之间字符的数量没有规定必须相等，但为了可读性最好按照现有的习惯每3个数字或四个数字进行一次分隔。

越界索引报错的完善

虽然我将其归为语言变化，但事实上将其定义为运行时改进更为恰当。

众所周知golang对数组和slice的越界引用是0容忍的，一旦越界就会panic，例如下面的例子：

package main

import "fmt"

func main() {
        arr := [...]int{1,2,3,4,5}
        for i := 0; i <= len(arr); i++ {
                fmt.Println(arr[i])
        }
}

如果运行这个程序那么你会收到一个不短的抱怨：

这里的例子很简单，所以调用堆栈信息追溯起来不是很困难，可以方便得定位问题，但如果调用链较深或者你处于一个高并发程序之中，事情就变得麻烦了，要么依赖日志调试并最终分析排除大量杂音来定位问题，要么依赖断点进行单步调试，无论哪种都需要耗费大量的精力，而核心问题只是我们想直到为什么会越界，再浅一步，我们有时候或许只要知道导致越界的值就可以大致确定问题的原因，遗憾的是panic提供的信息中不包含上述内容，直到golang1.13。

现在golang会将导致越界的值打印出来，无疑是雪中送碳：

当然，panic信息再完善也不是灵丹妙药，完善的单元测试和严谨的工作态度才是bug最好的预防针。

工具链改进

语言层面的变动不是很大，但工具链就不一样了，除了去除了godoc程序，最大的变化仍旧集中在go modules上。

这次golang加入了三个环境变量来共同控制modules的行为，下面分别进行介绍。

GOPROXY

其实这个变量在1.12中就引入了，这次为其加上了默认值https://proxy.golang.org,direct，这是一个逗号分隔的列表，后面两个变量的值和它相同，其中direct表示不经过代理直接连接，如果设置为off，则进制下载任何package。

在go get等命令获取package时，会从左至右依次查找，如果都没有找到匹配的package，则会报错。

proxy的好处自然不用多说，它可以使国内开发者畅通无阻地访问某些国内环境无法获取的包。更重要的是默认的proxy是官方提供和维护的，比起第三方方案来说安全性有了更大的保障。

GOSUMDB

这个变量实际上相当于指定了一个由官方管理的在线的go.sum数据库。具体介绍之前我们先来看看golang是如何验证packages的：

1. go get下载的package会根据go.mod文件和所有下载文件分别建立一个hash字符串，存储在go.sum文件中；
2. 下载的package会被cache，每次编译或者手动go mod verify时会重新计算与go.sum中的值比较，出现不一致就会报安全错误。

这个机制是建立在本地的cache在整个开发生命周期中不会变动之上的（因为依赖库的版本很少会进行更新，除非出现重大安全问题），上述机制可以避免他人误更新依赖或是本地的恶意篡改，然而现在更多的安全问题是发生在远程环境的，因此这一机制有很大的安全隐患。

好在加入了GOSUMDB，它的默认值为“sum.golang.org”，国内部分地区无法访问，可以改为“sum.golang.google.cn”。现在的工作机制是这样的：

1. go get下载包并计算校验和，计算好后会先检查是否已经出现在go.sum文件中，如果没有则去GOSUMDB中检查，校验和一致则写入go.sum文件；否则报错
2. 如果对应版本的包的校验和已经在go.sum中，则不会请求GOSUMDB，其余步骤和旧机制一样。

安全性得到了增强。

GOPRIVATE

最后要介绍的是GOPRIVATE，默认为空，你可以在其中使用类似Linux glob通配符的语法来指定某些或某一类包不从proxy下载，比如某些rpc套件自动生成的package，这些在proxy中并不会存在，而且即使上传上去也没有意义，因此你需要把它写入GOPRIVATE中。

还有一个与其类似的环境变量叫GONOPROXY，值的形式一样，作用也基本一样，不过它会覆盖GOPRIVATE。比如将其设为none时所有的包都会从proxy进行获取。

从这些变化来看go团队始终在寻找一种能细粒度控制的统一的包管理解决方案，虽然目前和npm、pypi还有巨大的差距，但仍不失为成功道路上的坚实一步。

标准库的新功能

每次新版本发布都会给标准库带来大把的新功能新特性，这次也不例外。

本节会介绍一个小的新功能，以及一个重要的新变化。

判断变量是否为0值

golang中任何类型的0值都有明确的定义，然而遗憾的是不同的类型0值不同，特别是那些自定义类型，如果你要判断一个变量是否0值那么将会写出复杂繁琐而且扩展困难的代码。

因此reflect中新增了这一功能简化了操作：

package main

import (
        "fmt"
        "reflect"
)

func main() {
        a := 0
        b := 1
        c := ""
        d := "a"
        fmt.Println(reflect.ValueOf(a).IsZero()) // true
        fmt.Println(reflect.ValueOf(b).IsZero()) // false
        fmt.Println(reflect.ValueOf(c).IsZero()) // true
        fmt.Println(reflect.ValueOf(d).IsZero()) // false
}

当然，反射一劳永逸的代价是更高的性能消耗，所以具体取舍还要参照实际环境。

错误处理的革新

其实算不上革新，只是对现有做法的小修小补。golang团队始终有觉得error既然是值那就一定得体现value的equal操作的怪癖，所以整体上还是很怪。

首先要介绍错误链（error chains）的概念。

在1.13中，我们可以给error实现一个Unwrap的方法，从而实现对error的包装，比如：

type PermError {
        os.SyscallError
        Pid uint
        Uid uint
}

func (err *PermError) String() string {
        return fmt.Sprintf("permission error:
pid:%v
uid:
info:%v", err.Pid, err.Uid, err.SyscallError)
}

func (err *PermError) Error() string {
        return err.String()
}

// 重点在这里
func (err *PermError) Unwrap() error {
        return err.SyscallError
}

假设我们包装了一个基于SyscallError的权限错误，包括了所有因为权限问题而触发的error。String和Error方法都是常规的自定义错误中会实现的方法，我们重点看Unwrap方法。

Unwrap字面意思就是去包装，也就是我们把包装好的上一层错误重新分离出来并返回。os.SyscallError也实现了Unwrap，于是你可以继续向上追溯直达最原始的没有实现Unwrap的那个error为止。我们称从PermError开始到最顶层的error为一条错误链。

如果我们用→指向Unwrap返回的对象，会形成下面的结构：

PermError → os.SyscallError → error

还可以出现更复杂的结构：
A → Err1 ___________
|
V
B → Err2 → Err3 → error

这样无疑提升了错误的表达力，如果不想自己单独定义一个错误类型，只想附加某些信息，可以依赖fmt.Errorf：

newErr := fmt.Errorf("permission error:
pid:%v
uid:
info:%w", pid, uid, sysErr)
sysErr == newErr.(interface {Unwrap() error}).Unwrap()

fmt.Errorf新的占位符%w只能在一个格式化字符串中出现一次，他会把error的信息填充进去，然后返回一个实现了Unwrap的新error，它返回传入的那个error。另外提案里的Wrapper接口目前还没有实现，但是标准库用了我在上面的做法暂时实现了Wrapper的功能。

因为错误链的存在，我们不能在简单的用等于号基于判断基于值的error了，但好处是我们现在还可以判断基于类型的error。

为了能继续让error表现自己的值语义，errors包里增加了Is和As以及辅助它们的Unwrap函数。

Unwrap

errors.Unwrap会调用传入参数的Unwrap方法，As和Is使用它来追溯整个错误链。

像上一小节的代码就可以简化成这样：

newErr := fmt.Errorf("permission error:
pid:%v
uid:
info:%w", pid, uid, sysErr)
sysErr == errors.Unwrap(newErr).Unwrap()

Is

我们提到等于号的比较很多时候已经不管用了，有的时侯一个error只是对另一个的包装，当这个error产生时另一个也已经发生了，这时候我们只需要比较处于上层的error值即可，这时候你就需要errors.Is帮忙了：

newErr := fmt.Errorf("permission error:
pid:%v
uid:
info:%w", pid, uid, sysErr)
errors.Is(newErr, sysErr)
errors.Is(newErr, os.ErrExists)

你永远也不知道程序会被怎样扩展，也不知道error之间的关系未来会怎样变化，因此总是用Is代替==是不会犯错的。

不过凡事总有例外，例如io.EOF就不需要使用Is去比较，因为它程序意义上算不上是error，而且一般也不会有人包装它。

As

除了传统的基于值的判断，对某个类型的错误进行处理也是一个常见需求。例如前文的A，B都来自error，假设我们现在要处理所有基于这个error的错误，常见的办法是switch进行比较或者依赖于基类的多态能力。

显而易见的是switch判断的做法会导致大量重复的代码，而且扩展困难；而在golang里没有继承只有组合，所以有运行时多态能力的只有interface，这时候我们只能借助错误链让errors.As帮忙了：

// 注意As的第二个参数只能是你需要判断的类型的指针，不可以直接传一个nil进去
var p1 *os.SyscallError
var p2 *os.PathError
errors.As(newErr, &p1)
errors.As(newErr, &p2)

如果p1和p2的类型在newErr所在的错误链上，就会返回true，实现了一个很简陋的多态效果。As总是用于替代if _, ok := err.(type); ok这样的代码。

当然，上面的函数一方面让你少写了很多代码，另一方面又严重依赖反射，特别是错误链很长的时候需要反复追溯多次，所以这里有两条忠告：

1. 不要过渡包装，没什么是加间接层解决不了的，但是中间层太多不仅影响性能也会干扰后续维护；
2. 如果你实在在意性能，而且保证不存在对现有error的扩展（例如io.EOF），那么使用传统方案也无伤大雅。

就个人而言我不认为新的错误处理方法解决了什么本质的问题，但作为迈出尝试的第一步，还是值得肯定的。