Go 1.20 快訊:新特性有哪些?一文了解
在近期Russ Cox代表Go核心團(tuán)隊發(fā)表的“Go, 13周年”[1]一文中，他提到了“在Go的第14個年頭，Go團(tuán)隊將繼續(xù)努力使Go成為用于大規(guī)模軟件工程的最好的環(huán)境，將特別關(guān)注供應(yīng)鏈安全，提高兼容性和結(jié)構(gòu)化日志記錄，當(dāng)然還會有很多其他改進(jìn)，包括profile-guided optimization等”。
當(dāng)前正在開發(fā)的版本是Go 1.20，預(yù)計2023年2月正式發(fā)布，這個版本也將是Go在其第14個年頭發(fā)布的第一個版本。很多人沒想到Go真的會進(jìn)入到Go 1.2x版本，而不是Go 2.x。記得Russ Cox曾說過可能永遠(yuǎn)也不會有Go2了，畢竟Go泛型語法落地[2]這么大的語法改動也沒有讓Go1兼容性承諾[3]失效。
目前Go 1.20版本正在如火如荼的開發(fā)中，很多gopher都好奇Go 1.20版本會帶來哪些新特性？在這篇文章中，我就帶大家一起去Go 1.20 milestone[4]的issues列表中翻翻，提前看看究竟會有哪些新特性加入Go。
1. 語法變化
Go在其1.18版本[5]迎來了自開源以來最大規(guī)模的語法變化，然后呢？就沒有然后了。Go在語法演進(jìn)上再次陷入沉寂，沒錯，這就是Go長期以來堅持的風(fēng)格。
如果Go 1.20版本真有語法層面的變化，那估計就是這個issue了：“spec: allow conversion from slice to array”[6]，即允許切片類型到數(shù)組類型的類型轉(zhuǎn)換。
在Go 1.20版本之前，我們以Go 1.19版本[7]為例寫下下面代碼：
package?main
import?"fmt"
func?main()?{
????var?sl?=?[]int{1,?2,?3,?4,?5,?6,?7}
??? var arr =?[7]int(sl)?//?編譯器報錯：cannot convert sl (variable of type?[]int)?to?type?[7]int
????fmt.Println(sl)
????fmt.Println(arr)
}
這段代碼中，我們進(jìn)行了一個[]int到[7]int的類型轉(zhuǎn)換，但在Go 1.19版本編譯器針對這個轉(zhuǎn)換會報錯！即不支持將切片類型顯式轉(zhuǎn)換數(shù)組類型。
在Go 1.20版本之前如果要實(shí)現(xiàn)切片到數(shù)組的轉(zhuǎn)換，是有trick的，看下面代碼：
func?main()?{
????var?sl?=?[]int{1,?2,?3,?4,?5,?6,?7}
????var?parr?=?(*[7]int)(sl)
????var?arr?=?*(*[7]int)(sl)
????fmt.Println(sl)??//?[1?2?3?4?5?6?7]
????fmt.Println(arr)?//?[1?2?3?4?5?6?7]
????sl[0]?=?11
????fmt.Println(sl)????//?[11?2?3?4?5?6?7]
????fmt.Println(arr)???//?[1?2?3?4?5?6?7]
????fmt.Println(*parr)?//?[11?2?3?4?5?6?7]
}
該trick的理論基礎(chǔ)是Go允許獲取切片的底層數(shù)組地址。在上面的例子中parr就是指向切片sl底層數(shù)組的指針，通過sl或parr對底層數(shù)組元素的修改都能在對方身上體現(xiàn)出來。但是arr則是底層數(shù)組的一個副本，后續(xù)通過sl對切片的修改或通過parr對底層數(shù)組的修改都不會影響arr，反之亦然。
不過這種trick語法還不是那么直觀！于是上面那個“允許將切片直接轉(zhuǎn)換為數(shù)組”的issue便提了出來。我們在go playground[8]上選擇“go dev branch”便可以使用最新go tip的代碼，我們嘗試一下最新語法：
func?main()?{
?var?sl?=?[]int{1,?2,?3,?4,?5,?6,?7}
?var?arr?=?[7]int(sl)??????
?var?parr?=?(*[7]int)(sl)
?fmt.Println(sl)???//?[1?2?3?4?5?6?7]
?fmt.Println(arr)??//?[1?2?3?4?5?6?7]
?sl[0]?=?11
?fmt.Println(arr)??//?[1?2?3?4?5?6?7]
?fmt.Println(parr)?//?&[11?2?3?4?5?6?7]
}
我們看到直接將sl轉(zhuǎn)換為數(shù)組arr不再報錯，但其語義與前面的“var arr =?([7]int)(sl)”語義是相同的，即返回一個切片底層數(shù)組的副本，arr不會受到后續(xù)切片元素變化的影響。
不過這里也有個約束，那就是轉(zhuǎn)換后的數(shù)組長度要小于等于切片長度，否則會panic：
var?sl?=?[]int{1,?2,?3,?4,?5,?6,?7}
var?arr?=?[8]int(sl)?//?panic:?runtime?error:?cannot?convert?slice?with?length?7?to?array?or?pointer?to?array?with?length?8
在寫本文時，該issue尚未close，不過進(jìn)入最終Go 1.20版本應(yīng)該不是大問題。
2. 編譯器/鏈接器和其他工具鏈
1) profile-guided optimization
Go編譯器團(tuán)隊一直致力于對Go編譯器/鏈接器的優(yōu)化，這次在Go 1.20版本中，該團(tuán)隊很大可能會給我們帶來“profile-guided optimization”[9]。
什么是“profile-guided optimization”呢？原先Go編譯器實(shí)施的優(yōu)化手段，比如內(nèi)聯(lián)[10]，都是基于固定規(guī)則決策的，所有信息都來自編譯的Go源碼。而這次的“profile-guided optimization”[11]顧名思義，需要源碼之外的信息做“制導(dǎo)”來決定實(shí)施哪些優(yōu)化，這個源碼之外的信息就是profile信息，即來自pprof工具在程序運(yùn)行時采集的數(shù)據(jù)，如下圖(圖來自profile-guided optimization設(shè)計文檔[12])所示:
因此pgo優(yōu)化實(shí)際上是需要程序員參與的，程序員拿著程序到生產(chǎn)環(huán)境跑，程序生成的profile性能采集數(shù)據(jù)會被保存下來，然后這些profile采集數(shù)據(jù)會提供給Go編譯器，以在下次構(gòu)建同一個程序時輔助優(yōu)化決策。由于這些profile是來自生產(chǎn)環(huán)境或模擬生產(chǎn)環(huán)境的數(shù)據(jù)，使得這種優(yōu)化更有針對性。并且，Google數(shù)據(jù)中心其他語言(C/C++)實(shí)施PGO優(yōu)化的效果顯示，優(yōu)化后的性能保守估計提升幅度在5%~15%。
和其他新引入的特性一樣，Go 1.20將包含該特性，但默認(rèn)并不開啟，我們可以手動開啟進(jìn)行體驗(yàn)，未來版本，pgo特性才會默認(rèn)為auto開啟。
2) 大幅減小Go發(fā)行版包的Size
隨著Go語言的演進(jìn)，Go發(fā)行版的Size也在不斷增加，從最初的幾十M到如今的上百M(fèi)。本地電腦里多安裝幾個Go版本，(解壓后)幾個G就沒有了，此外Size大也讓下載時間變得更長，尤其是一些網(wǎng)絡(luò)環(huán)境不好的地區(qū)。
為什么Go發(fā)行版Size越來越大呢？這很大程度是因?yàn)镚o發(fā)行版中包含了GOROOT下所有軟件包的預(yù)編譯.a文件，以go 1.19的macos版本為例，在$GOROOT/pkg下，我們看到下面這些.a文件，用du查看一下占用的磁盤空間，達(dá)111M：
$ls
archive/?database/?fmt.a??index/??mime/??plugin.a?strconv.a?time/
bufio.a??debug/??go/??internal/?mime.a??reflect/?strings.a?time.a
bytes.a??embed.a??hash/??io/??net/??reflect.a?sync/??unicode/
compress/?encoding/?hash.a??io.a??net.a??regexp/??sync.a??unicode.a
container/?encoding.a?html/??log/??os/??regexp.a?syscall.a?vendor/
context.a?errors.a?html.a??log.a??os.a??runtime/?testing/
crypto/??expvar.a?image/??math/??path/??runtime.a?testing.a
crypto.a?flag.a??image.a??math.a??path.a??sort.a??text/
$du?-sh
111M?.
而整個pkg目錄的size為341M，占Go 1.19版本總大小495M的近70%。
于是在Go社區(qū)提議下，Go團(tuán)隊決定從Go 1.20開始發(fā)行版不再為GOROOT中的大多數(shù)軟件包提供預(yù)編譯的.a文件[13]，新版本將只包括GOROOT中使用cgo的幾個軟件包的.a文件。
因此Go 1.20版本中，GOROOT下的源碼將像其他用戶包那樣在構(gòu)建后被緩存到本機(jī)cache中。此外，go install也不會為GOROOT軟件包安裝.a文件，除非是那些使用cgo的軟件包。這樣Go發(fā)行版的size將最多減少三分之二。
取而代之的是，這些包將在需要時被構(gòu)建并緩存在構(gòu)建緩存中，就像已經(jīng)為GOROOT之外的非主包所做的那樣。此外，go install也不會為GOROOT軟件包安裝.a文件，除非是那些使用cgo的軟件包。這些改變是為了減少Go發(fā)行版的大小，在某些情況下可以減少三分之二。
3) 擴(kuò)展代碼覆蓋率(coverage)報告到應(yīng)用本身
想必大家都用過go test的輸出過代碼覆蓋率，go test會在unit test代碼中注入代碼以統(tǒng)計unit test覆蓋的被測試包路徑，下面是代碼注入的舉例：
func?ABC(x?int)?{
????if?x?<?0?{
????????bar()
????}
}
注入代碼后：
func?ABC(x?int)?{GoCover_0_343662613637653164643337.Count[9]?=?1;
??if?x?<?0?{GoCover_0_343662613637653164643337.Count[10]?=?1;
????bar()
??}
}
像GoCover_xxx這樣的代碼會被放置到每條分支路徑下。
不過go test -cover也有一個問題，那就是它只是適合針對包收集數(shù)據(jù)并提供報告，它無法針對應(yīng)用整體給出代碼覆蓋度報告。
Go 1.20版本中有關(guān)的“extend code coverage testing to include applications”[14]的proposal就是來擴(kuò)展代碼覆蓋率的，可以支持對應(yīng)用整體的覆蓋率統(tǒng)計和報告。
該特性在Go 1.20版本中也將作為實(shí)驗(yàn)性特性，默認(rèn)是off的。該方案通過go build -cover方式生成注入了覆蓋率統(tǒng)計代碼的應(yīng)用程序，在應(yīng)用執(zhí)行過程中，報告會被生成到指定目錄下，我們依然可以通過go tool cover來查看這個整體性報告。
此外，新proposal在實(shí)現(xiàn)原理上與go test -cover差不多，都是source-to-source的方案，這樣后續(xù)也可以統(tǒng)一維護(hù)。當(dāng)然Go編譯器也會有一些改動。
4) 廢棄-i flag
這個是一個早計劃好的“廢棄動作”[15]。自從Go 1.10引入go build cache后，go build/install/test -i就不會再將編譯好的包安裝到$GOPATH/pkg下面了。
3. Go標(biāo)準(zhǔn)庫
1) 支持wrap multiple errors
Go 1.20增加了一種將多個error包裝(wrap)為一個error的機(jī)制[16]，方便從打包后的錯誤的Error方法中一次性得到包含一系列關(guān)于該錯誤的相關(guān)錯誤的信息。
這個機(jī)制增加了一個(匿名)接口和一個函數(shù)：
interface?{
????Unwrap()?[]error
}
func?Join(errs?...error)?error
同時增強(qiáng)了像fmt.Errorf這樣的函數(shù)的語義，當(dāng)在Errorf中使用多個%w verb時，比如：
e?:=?errors.Errorf("%w,?%w,?%w",?e1,?e2,?e3)
Errorf將返回一個將e1, e2, e3打包完的且實(shí)現(xiàn)了上述帶有Unwrap() []error方法的接口的錯誤類型實(shí)例。
Join函數(shù)的語義是將傳入的所有err打包成一個錯誤類型實(shí)例，該實(shí)例同樣實(shí)現(xiàn)了上述帶有Unwrap() []error方法的接口，且該錯誤實(shí)例的類型的Error方法會返回?fù)Q行符間隔的錯誤列表。
我們看一下下面這個例子：
package?main
import?(
?"errors"
?"fmt"
)
type?MyError?struct?{
?s?string
}
func?(e?*MyError)?Error()?string?{
?return?e.s
}
func?main()?{
?e1?:=?errors.New("error1")
?e2?:=?errors.New("error2")
?e3?:=?errors.New("error3")
?e4?:=?&MyError{
??s:?"error4",
?}
?e?:=?fmt.Errorf("%w,?%w,?%w,?%w",?e1,?e2,?e3,?e4)
?fmt.Printf("e?=?%s\n",?e.Error())?//?error1?error2,?error3,?error4
?fmt.Println(errors.Is(e,?e1))?//?true
?var?ne?*MyError
?fmt.Println(errors.As(e,?&ne))?//?true
?fmt.Println(ne?==?e4)?//?true
}
我們首先在Go 1.19編譯運(yùn)行上面程序：
e?=?error1?%!w(*errors.errorString=&{error2}),?%!w(*errors.errorString=&{error3}),?%!w(*main.MyError=&{error4})
false
false
false
顯然Go 1.19的fmt.Errorf函數(shù)尚不支持多%w verb。
而Go 1.20編譯上面程序的運(yùn)行結(jié)果為：
e?=?error1?error2,?error3,?error4
true
true
true
將fmt.Errorf一行換為：
e?:=?errors.Join(e1,?e2,?e3,?e4)?
再運(yùn)行一次的結(jié)果為：
e?=?error1
error2
error3
error4
true
true
true
即Join函數(shù)打包后的錯誤類型實(shí)例類型的Error方法會返回?fù)Q行符間隔的錯誤列表。
2) 新增arena實(shí)驗(yàn)包
Go是帶GC語言，雖然Go GC近幾年持續(xù)改進(jìn)，絕大多數(shù)場合都不是大問題了。但是在一些性能敏感的領(lǐng)域，GC過程占用的可觀算力還是讓應(yīng)用吃不消。
降GC消耗，主要思路就是減少堆內(nèi)存分配、減少反復(fù)的分配與釋放。Go社區(qū)的某些項(xiàng)目為了減少內(nèi)存GC壓力，在mmaped內(nèi)存上又建立一套GC無法感知到的簡單內(nèi)存管理機(jī)制并在適當(dāng)場合應(yīng)用。但這些自實(shí)現(xiàn)的、脫離GC的內(nèi)存管理都有各自的問題。
Go 1.18版本發(fā)布前，arena這個proposal[17]就被提上了日程，arena包又是google內(nèi)部的一個實(shí)驗(yàn)包，據(jù)說效果還不錯的(在改進(jìn)grpc的protobuf反序列化實(shí)驗(yàn)上)，可以節(jié)省15%的cpu和內(nèi)存消耗。但proposal一出，便收到了來自各方的comment，該proposal在Go 1.18和Go 1.19一度處于hold狀態(tài)，直到Go 1.20才納入到試驗(yàn)特性，我們可以通過GOEXPERIMENT=arena開啟該機(jī)制。
arena包主要思路其實(shí)是“整體分配，零碎使用，再整體釋放”，以最大程度減少對GC的壓力。關(guān)于arena包，等進(jìn)一步完善后，后續(xù)可能會有專門文章分析。
3) time包變化
time包增加了三個時間layout格式常量[18]，相信不用解釋，大家也知道如何使用：
?DateTime???=?"2006-01-02?15:04:05"
?DateOnly???=?"2006-01-02"
?TimeOnly???=?"15:04:05"
time包還為Time增加了Compare方法[19]，適用于time之間的>=和<=比較：
//?Compare?returns?-1?if?t1?is?before?t2,?0?if?t1?equals?t2?or?1?if?t1?is?after?t2.
func?(t1?Time)?Compare(t2?Time)?int
此外，time包的RFC3339時間格式是使用最廣泛的時間格式，其解析性能在Go 1.20中得到優(yōu)化，提升了70%左右，格式化性能提升30%[20]。
4. 其他
- Go 1.17版本將作為Go 1.20的bootstrap編譯器;
- Go編譯器性能提升3%[21]；
- Go工具鏈將根據(jù)GO[arch]環(huán)境變量的設(shè)置自動設(shè)置相關(guān)build tags[22]；
- 標(biāo)準(zhǔn)庫增加crypto/ecdh包[23]，提供安全的、基于byte切片的ECDH API；
- bytes, strings包增加Clone函數(shù)[24]；
- strings包增加CutPrefix和CutSuffix函數(shù)[25]；
- text/template的解析性能提升40%[26]。
5. 參考資料
- Go 1.20 milestone - https://github.com/golang/go/milestone/250
- Exploring Go's Profile-Guided Optimizations - https://www.polarsignals.com/blog/posts/2022/09/exploring-go-profile-guided-optimizations/
- What's coming to go 1.20 - https://twitter.com/mvdan_/status/1588242469577117696
參考資料
[1]?“Go, 13周年”:?https://tonybai.com/2022/11/11/go-opensource-13-years
[2]?Go泛型語法落地:?https://tonybai.com/2022/04/20/some-changes-in-go-1-18
[3]?Go1兼容性承諾:?https://go.dev/doc/go1compat
[4]?Go 1.20 milestone:?https://github.com/golang/go/milestone/250
[5]?1.18版本:?https://tonybai.com/2022/04/20/some-changes-in-go-1-18
[6]?“spec: allow conversion from slice to array”:?https://github.com/golang/go/issues/46505
[7]?Go 1.19版本:?https://tonybai.com/2022/08/22/some-changes-in-go-1-19
[8]?go playground:?https://go.dev/play
[9]?“profile-guided optimization”:?https://github.com/golang/proposal/blob/master/design/55022-pgo.md
[10]?內(nèi)聯(lián):?https://tonybai.com/2022/10/17/understand-go-inlining-optimisations-by-example
[11]?“profile-guided optimization”:?https://github.com/golang/go/issues/55022
[12]?profile-guided optimization設(shè)計文檔:?https://github.com/golang/proposal/blob/master/design/55022-pgo-implementation.md
[13]?Go團(tuán)隊決定從Go 1.20開始發(fā)行版不再為GOROOT中的大多數(shù)軟件包提供預(yù)編譯的.a文件:?https://github.com/golang/go/issues/47257
[14]?“extend code coverage testing to include applications”:?https://github.com/golang/proposal/blob/master/design/51430-revamp-code-coverage.md
[15]?這個是一個早計劃好的“廢棄動作”:?https://github.com/golang/go/issues/41696
[16]?增加了一種將多個error包裝(wrap)為一個error的機(jī)制:?https://github.com/golang/go/issues/53435#issuecomment-1191752789
[17]?arena這個proposal:?https://github.com/golang/go/issues/51317
[18]?time包增加了三個時間layout格式常量:?https://github.com/golang/go/issues/52746
[19]?time包還為Time增加了Compare方法:?https://github.com/golang/go/issues/50770
[20]?其解析性能在Go 1.20中得到優(yōu)化，提升了70%左右，格式化性能提升30%:?https://github.com/golang/go/issues/50770
[21]?Go編譯器性能提升3%:?https://go-review.googlesource.com/c/go/+/432897
[22]?arch]環(huán)境變量的設(shè)置[自動設(shè)置相關(guān)build tags:?https://github.com/golang/go/issues/45454
[23]?增加cyypto/ecdh包:?https://github.com/golang/go/issues/52221
[24]?bytes, strings包增加Clone函數(shù):?https://github.com/golang/go/issues/45038
[25]?strings包增加CutPrefix和CutSuffix函數(shù):?https://github.com/golang/go/issues/42537
[26]?text/template的解析性能提升40%:?https://github.com/golang/go/issues/53261
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