GO編程模式系列（一）：切片，接口，時間和性能

在本篇文章中，我會對Go語言編程模式的一些基本技術(shù)和要點(diǎn)，這樣可以讓你更容易掌握Go語言編程。其中，主要包括，數(shù)組切片的一些小坑，還有接口編程，以及時間和程序運(yùn)行性能相關(guān)的話題。

本文是全系列中第1 / 9篇：Go編程模式

• Go編程模式：切片，接口，時間和性能
• Go 編程模式：錯誤處理
• Go 編程模式：Functional Options
• Go編程模式：委托和反轉(zhuǎn)控制
• Go編程模式：Map-Reduce
• Go 編程模式：Go Generation
• Go編程模式：修飾器
• Go編程模式：Pipeline
• Go 編程模式：k8s Visitor 模式

目錄

• Slice深度比較接口編程

• 接口完整性檢查

• 時間

• 性能提示

• 參考文檔

Slice

首先，我們先來討論一下Slice，中文翻譯叫“切片”，這個東西在Go語言中不是數(shù)組，而是一個結(jié)構(gòu)體，其定義如下：

type?slice?struct{???array?unsafe.Pointer?//指向存放數(shù)據(jù)的數(shù)組指針???len???int???????????//長度有多大???cap???int???????????//容量有多大}

用圖示來看，一個空的slice的表現(xiàn)如下：

熟悉C/C++的同學(xué)一定會知道，在結(jié)構(gòu)體里用數(shù)組指針的問題——數(shù)據(jù)會發(fā)生共享！下面我們來看一下slice的一些操作：

foo?=?make([]int,?5)foo[3]?=?42foo[4]?=?100bar??:=?foo[1:4]bar[1] = 99

對于上面這段代碼。

• 首先先創(chuàng)建一個foo的slice，其中的長度和容量都是5
• 然后開始對foo所指向的數(shù)組中的索引為3和4的元素進(jìn)行賦值
• 然后，對foo做切片后賦值給bar，再修改bar[1]

通過上圖我們可以看到，因為foo和bar的內(nèi)存是共享的，所以，foo和bar的對數(shù)組內(nèi)容的修改都會影響到對方。

接下來，我們再來看一個數(shù)據(jù)操作?append()?的示例：

a?:=?make([]int,?32)b?:=?a[1:16]a?=?append(a,?1)a[2] = 42

上面這段代碼中，把?a[1:16]?的切片賦給到了?b?，此時，a?和?b?的內(nèi)存空間是共享的，然后，對?a做了一個?append()的操作，這個操作會讓?a?重新分享內(nèi)存，導(dǎo)致?a?和?b?不再共享，如下圖所示：

從上圖我們可以看以看到?append()操作讓?a?的容量變成了64，而長度是33。這里，需要重點(diǎn)注意一下——append()這個函數(shù)在?cap?不夠用的時候就會重新分配內(nèi)存以擴(kuò)大容量，而如果夠用的時候不不會重新分享內(nèi)存！

我們再看來看一個例子：

funcmain(){?????path?:=?[]byte("AAAA/BBBBBBBBB")???sepIndex?:=?bytes.IndexByte(path,'/’)
???dir1?:=?path[:sepIndex]   dir2 := path[sepIndex+1:]
???fmt.Println("dir1?=>",string(dir1))?//prints:?dir1?=>?AAAA???fmt.Println("dir2?=>",string(dir2))?//prints:?dir2?=>?BBBBBBBBB   dir1 = append(dir1,"suffix"...)
???fmt.Println("dir1?=>",string(dir1))?//prints:?dir1?=>?AAAAsuffix???fmt.Println("dir2?=>",string(dir2))?//prints:?dir2?=>?uffixBBBB}

上面這個例子中，dir1?和?dir2?共享內(nèi)存，雖然?dir1?有一個?append()?操作，但是因為 cap 足夠，于是數(shù)據(jù)擴(kuò)展到了dir2?的空間。下面是相關(guān)的圖示（注意上圖中?dir1?和?dir2?結(jié)構(gòu)體中的?cap?和?len?的變化）

如果要解決這個問題，我們只需要修改一行代碼。

dir1 := path[:sepIndex]

修改為

dir1 := path[:sepIndex:sepIndex]

新的代碼使用了 Full Slice Expression，其最后一個參數(shù)叫“Limited Capacity”，于是，后續(xù)的?append()?操作將會導(dǎo)致重新分配內(nèi)存。

深度比較

當(dāng)我們復(fù)雜一個對象時，這個對象可以是內(nèi)建數(shù)據(jù)類型，數(shù)組，結(jié)構(gòu)體，map……我們在復(fù)制結(jié)構(gòu)體的時候，當(dāng)我們需要比較兩個結(jié)構(gòu)體中的數(shù)據(jù)是否相同時，我們需要使用深度比較，而不是只是簡單地做淺度比較。這里需要使用到反射?reflect.DeepEqual()?，下面是幾個示例。

import(?????"fmt"???"reflect")
funcmain(){  
???v1?:=?data{}???v2?:=?data{}???fmt.Println("v1?==?v2:",reflect.DeepEqual(v1,v2))??//prints:?v1?==?v2:?true???m1?:=?map[string]string{"one":?"a","two":?"b"}???m2?:=?map[string]string{"two":?"b",?"one":?"a"}???fmt.Println("m1?==?m2:",reflect.DeepEqual(m1,?m2))??//prints:?m1?==?m2:?true???s1?:=?[]int{1,?2,?3}???s2?:=?[]int{1,?2,?3}???fmt.Println("s1?==?s2:",reflect.DeepEqual(s1,?s2))??//prints:?s1?==?s2:?true}

接口編程

下面，我們來看段代碼，其中是兩個方法，它們都是要輸出一個結(jié)構(gòu)體，其中一個使用一個函數(shù)，另一個使用一個“成員函數(shù)”。

funcPrintPerson(p?*Person){???fmt.Printf("Name=%s,?Sexual=%s,?Age=%d\n",?p.Name,?p.Sexual,?p.Age)}
func(p?*Person)Print(){???fmt.Printf("Name=%s,?Sexual=%s,?Age=%d\n",?p.Name,?p.Sexual,?p.Age)}
funcmain(){???var?p?=?Person{???????Name:?"Hao?Chen",???????Sexual:?"Male",       Age: 44,???}???PrintPerson(&p)???p.Print()}

你更喜歡哪種方式呢？在 Go 語言中，使用“成員函數(shù)”的方式叫“Receiver”，這種方式是一種封裝，因為?PrintPerson()本來就是和?Person強(qiáng)耦合的，所以，理應(yīng)放在一起。更重要的是，這種方式可以進(jìn)行接口編程，對于接口編程來說，也就是一種抽象，主要是用在“多態(tài)”，這個技術(shù)，在《Go語言簡介（上）：接口與多態(tài)》中已經(jīng)講過。在這里，我想講另一個Go語言接口的編程模式。

首先，我們來看一下，有下面這段代碼：

type?Country?struct{???Name?string}
type?City?struct{???Name?string}
type?Printable?interface{???PrintStr()}func(c?Country)PrintStr(){???fmt.Println(c.Name)}func(c?City)PrintStr(){???fmt.Println(c.Name)}
c1?:=?Country?{"China"}c2?:=?City?{"Beijing"}c1.PrintStr()c2.PrintStr()

其中，我們可以看到，其使用了一個?Printable?的接口，而?Country?和?City?都實現(xiàn)了接口方法?PrintStr()?而把自己輸出。然而，這些代碼都是一樣的。能不能省掉呢？

我們可以使用“結(jié)構(gòu)體嵌入”的方式來完成這個事，如下的代碼所示：

type?WithName?struct{???Name?string}
type?Country?struct{???WithName}
type?City?struct{???WithName}
type?Printable?interface{???PrintStr()}
func(w?WithName)PrintStr(){???fmt.Println(w.Name)}
c1?:=?Country?{WithName{"China"}}c2 := City { WithName{"Beijing"}}c1.PrintStr()c2.PrintStr()

引入一個叫?WithName的結(jié)構(gòu)體，然而，所帶來的問題就是，在初始化的時候，變得有點(diǎn)亂。那么，我們有沒有更好的方法？下面是另外一個解。

type?Country?struct{???Name?string}
type?City?struct{???Name?string}
type?Stringable?interface{???ToString()string}func(c?Country)ToString()string{???return"Country?=?"?+?c.Name}func(c?City)ToString()string{???return"City?=?"?+?c.Name}
funcPrintStr(p?Stringable){???fmt.Println(p.ToString())}
d1?:=?Country?{"USA"}d2?:=?City{"Los?Angeles"}PrintStr(d1)PrintStr(d2)

上面這段代碼，我們可以看到——我們使用了一個叫Stringable?的接口，我們用這個接口把“業(yè)務(wù)類型”?Country?和?City?和“控制邏輯”?Print()?給解耦了。于是，只要實現(xiàn)了Stringable?接口，都可以傳給?PrintStr()?來使用。

這種編程模式在Go 的標(biāo)準(zhǔn)庫有很多的示例，最著名的就是?io.Read?和?ioutil.ReadAll?的玩法，其中?io.Read?是一個接口，你需要實現(xiàn)他的一個?Read(p []byte) (n int, err error)?接口方法，只要滿足這個規(guī)模，就可以被?ioutil.ReadAll這個方法所使用。這就是面向?qū)ο缶幊谭椒ǖ狞S金法則——“Program to an interface not an implementation”

接口完整性檢查

另外，我們可以看到，Go語言的編程器并沒有嚴(yán)格檢查一個對象是否實現(xiàn)了某接口所有的接口方法，如下面這個示例：

type?Shape?interface{???Sides()int???Area()int}type?Square?struct{???len?int}func(s*?Square)Sides()int{???return4}funcmain(){???s?:=?Square{len:?5}???fmt.Printf("%d\n",s.Sides())}

我們可以看到?Square?并沒有實現(xiàn)?Shape?接口的所有方法，程序雖然可以跑通，但是這樣編程的方式并不嚴(yán)謹(jǐn)，如果我們需要強(qiáng)制實現(xiàn)接口的所有方法，那么我們應(yīng)該怎么辦呢？

在Go語言編程圈里有一個比較標(biāo)準(zhǔn)的作法：

var _ Shape = (*Square)(nil)

聲明一個?_?變量（沒人用），其會把一個?nil?的空指針，從?Square?轉(zhuǎn)成?Shape，這樣，如果沒有實現(xiàn)完相關(guān)的接口方法，編譯器就會報錯：

cannot use (*Square)(nil) (type *Square) as type Shape in assignment: *Square does not implement Shape (missing Area method)

這樣就做到了個強(qiáng)驗證的方法。

時間

對于時間來說，這應(yīng)該是編程中比較復(fù)雜的問題了，相信我，時間是一種非常復(fù)雜的事（比如《你確信你了解時間嗎？》、《關(guān)于閏秒》等文章）。而且，時間有時區(qū)、格式、精度等等問題，其復(fù)雜度不是一般人能處理的。所以，一定要重用已有的時間處理，而不是自己干。

在 Go 語言中，你一定要使用?time.Time?和?time.Duration?兩個類型：

• 在命令行上，flag?通過?time.ParseDuration?支持了?time.Duration
• JSon 中的?encoding/json?中也可以把time.Time?編碼成?RFC 3339?的格式
• 數(shù)據(jù)庫使用的?database/sql?也支持把?DATATIME?或?TIMESTAMP?類型轉(zhuǎn)成?time.Time
• YAML你可以使用?gopkg.in/yaml.v2?也支持?time.Time?、time.Duration?和?RFC 3339?格式

如果你要和第三方交互，實在沒有辦法，也請使用?RFC 3339?的格式。

最后，如果你要做全球化跨時區(qū)的應(yīng)用，你一定要把所有服務(wù)器和時間全部使用UTC時間。

性能提示

Go 語言是一個高性能的語言，但并不是說這樣我們就不用關(guān)心性能了，我們還是需要關(guān)心的。下面是一個在編程方面和性能相關(guān)的提示。

• 如果需要把數(shù)字轉(zhuǎn)字符串，使用?strconv.Itoa()?會比?fmt.Sprintf()?要快一倍左右
• 盡可能地避免把String轉(zhuǎn)成[]Byte?。這個轉(zhuǎn)換會導(dǎo)致性能下降。
• 如果在for-loop里對某個slice 使用?append()請先把 slice的容量很擴(kuò)充到位，這樣可以避免內(nèi)存重新分享以及系統(tǒng)自動按2的N次方冪進(jìn)行擴(kuò)展但又用不到，從而浪費(fèi)內(nèi)存。
• 使用StringBuffer?或是StringBuild?來拼接字符串，會比使用?+?或?+=?性能高三到四個數(shù)量級。
• 盡可能的使用并發(fā)的 go routine，然后使用?sync.WaitGroup?來同步分片操作
• 避免在熱代碼中進(jìn)行內(nèi)存分配，這樣會導(dǎo)致gc很忙。盡可能的使用?sync.Pool?來重用對象。
• 使用 lock-free的操作，避免使用 mutex，盡可能使用?sync/Atomic包。（關(guān)于無鎖編程的相關(guān)話題，可參看《無鎖隊列實現(xiàn)》或《無鎖Hashmap實現(xiàn)》）
• 使用 I/O緩沖，I/O是個非常非常慢的操作，使用?bufio.NewWrite()?和?bufio.NewReader()?可以帶來更高的性能。
• 對于在for-loop里的固定的正則表達(dá)式，一定要使用?regexp.Compile()?編譯正則表達(dá)式。性能會得升兩個數(shù)量級。
• 如果你需要更高性能的協(xié)議，你要考慮使用?protobuf?或?msgp?而不是JSON，因為JSON的序列化和反序列化里使用了反射。
• 你在使用map的時候，使用整型的key會比字符串的要快，因為整型比較比字符串比較要快。
  
  

參考文檔

還有很多不錯的技巧，下面的這些參考文檔可以讓你寫出更好的Go的代碼，必讀！

• Effective?Go
  https://golang.org/doc/effective_go.html
• Uber?Go?Style
  https://github.com/uber-go/guide/blob/master/style.md
• 50 Shades of Go: Traps, Gotchas, and Common Mistakes for New Golang Devs
  http://devs.cloudimmunity.com/gotchas-and-common-mistakes-in-go-golang/
• Go?Advice
  https://github.com/cristaloleg/go-advice
• Practical Go Benchmarks
  https://www.instana.com/blog/practical-golang-benchmarks/
• Benchmarks of Go serialization methods
  https://github.com/alecthomas/go_serialization_benchmarks
• Debugging?performance?issues?in?Go?programs
  https://github.com/golang/go/wiki/Performance
• Go?code?refactoring:?the?23x?performance?hunt
  https://medium.com/@val_deleplace/go-code-refactoring-the-23x-performance-hunt-156746b522f7