Go开发中的十大常见陷阱[译]

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SimonMa
    阅读 9 分钟

    原文: The Top 10 Most Common Mistakes I’ve Seen in Go Projects

    作者: Teiva Harsanyi

    译者: Simon Ma

    我在Go开发中遇到的十大常见错误。顺序无关紧要。

    未知的枚举值

    让我们看一个简单的例子:

    type Status uint32

const (
    StatusOpen Status = iota
    StatusClosed
    StatusUnknown
)

    在这里，我们使用iota创建了一个枚举，其结果如下：

    StatusOpen = 0
StatusClosed = 1
StatusUnknown = 2

    现在，让我们假设这个Status类型是JSON请求的一部分，将被marshalled/unmarshalled。

    我们设计了以下结构：

    type Request struct {
    ID        int    `json:"Id"`
    Timestamp int    `json:"Timestamp"`
    Status    Status `json:"Status"`
}

    然后，接收这样的请求：

    {
  "Id": 1234,
  "Timestamp": 1563362390,
  "Status": 0
}

    这里没有什么特别的，状态会被unmarshalled为StatusOpen。

    然而，让我们以另一个未设置状态值的请求为例:

    {
  "Id": 1235,
  "Timestamp": 1563362390
}

    在这种情况下，请求结构的Status字段将初始化为它的零值(对于uint32类型:0)，因此结果将是StatusOpen而不是StatusUnknown。

    那么最好的做法是将枚举的未知值设置为0：

    type Status uint32

const (
    StatusUnknown Status = iota
    StatusOpen
    StatusClosed
)

    如果状态不是JSON请求的一部分，它将被初始化为StatusUnknown，这才符合我们的期望。

    自动优化的基准测试

    基准测试需要考虑很多因素的,才能得到正确的测试结果。

    一个常见的错误是测试代码无形间被编译器所优化。

    下面是teivah/bitvector库中的一个例子:

    func clear(n uint64, i, j uint8) uint64 {
    return (math.MaxUint64<<j | ((1 << i) - 1)) & n
}

    此函数清除给定范围内的位。为了测试它，可能如下这样做:

    func BenchmarkWrong(b *testing.B) {
    for i := 0; i < b.N; i++ {
        clear(1221892080809121, 10, 63)
    }
}

    在这个基准测试中，clear不调用任何其他函数，没有副作用。所以编译器将会把clear优化成内联函数。一旦内联，将会导致不准确的测试结果。

    一个解决方案是将函数结果设置为全局变量，如下所示：

    var result uint64

func BenchmarkCorrect(b *testing.B) {
    var r uint64
    for i := 0; i < b.N; i++ {
        r = clear(1221892080809121, 10, 63)
    }
    result = r
}

    如此一来，编译器将不知道clear是否会产生副作用。

    因此，不会将clear优化成内联函数。

    延伸阅读

    High Performance Go Workshop

    被转移的指针

    在函数调用中，按值传递的变量将创建该变量的副本，而通过指针传递只会传递该变量的内存地址。

    那么，指针传递会比按值传递更快吗？请看一下这个例子。

    我在本地环境上模拟了0.3KB的数据，然后分别测试了按值传递和指针传递的速度。

    结果显示：按值传递比指针传递快4倍以上，这很违背直觉。

    测试结果与Go中如何管理内存有关。我虽然不能像威廉·肯尼迪那样出色地解释它，但让我试着总结一下。

    译者注开始

    作者没有说明Go内存的基本存储方式，译者补充一下。

    1. 下面是来自Go语言圣经的介绍：

      一个goroutine会以一个很小的栈开始其生命周期，一般只需要2KB。

      一个goroutine的栈，和操作系统线程一样，会保存其活跃或挂起的函数调用的本地变量，但是和OS线程不太一样的是，一个goroutine的栈大小并不是固定的；栈的大小会根据需要动态地伸缩。

      而goroutine的栈的最大值有1GB，比传统的固定大小的线程栈要大得多，尽管一般情况下，大多goroutine都不需要这么大的栈。

    2. 译者自己的理解：

      • 栈：每个Goruntine开始的时候都有独立的栈来存储数据。（Goruntine分为主Goruntine和其他Goruntine，差异就在于起始栈的大小）
      • 堆: 而需要被多个Goruntine共享的数据，存储在堆上面。

    译者注结束

    众所周知，可以在堆或栈上分配变量。

    • 栈储存当前Goroutine的正在使用的变量（译者注: 可理解为局部变量）。一旦函数返回，变量就会从栈中弹出。
    • 堆储存共享变量（全局变量等）。

    让我们看一个简单的例子，返回单一的值：

    func getFooValue() foo {
    var result foo
    // Do something
    return result
}

    当调用函数时，result变量会在当前Goruntine栈创建，当函数返回时，会传递给接收者一份值的拷贝。而result变量自身会从当前Goruntine栈出栈。

    虽然它仍然存在于内存中，但它不能再被访问。并且还有可能被其他数据变量所擦除。

    现在，在看一个返回指针的例子：

    func getFooPointer() *foo {
    var result foo
    // Do something
    return &result
}

    当调用函数时，result变量会在当前Goruntine栈创建，当函数返回时，会传递给接收者一个指针（变量地址的副本）。如果result变量从当前Goruntine栈出栈，则接收者将无法再访问它。（译者注：此情况称为“内存逃逸”）

    在这个场景中，Go编译器将把result变量转义到一个可以共享变量的地方:堆。

    不过，传递指针是另一种情况。例如：

    func main()  {
    p := &foo{}
    f(p)
}

    因为我们在同一个Goroutine中调用f，所以p变量不需要转义。它只是被推送到堆栈，子功能可以访问它。（译者注：不需要其他Goruntine共享的变量就存储在栈上即可）

    比如，io.Reader中的Read方法签名，接收切片参数，将内容读取到切片中，返回读取的字节数。而不是返回读取后的切片。（译者注：如果返回切片，会将切片转义到堆中。）

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

    为什么栈如此之快？ 主要有两个原因：

    1. 堆栈不需要垃圾收集器。就像我们说的，变量一旦创建就会被入栈，一旦函数返回就会从出栈。不需要一个复杂的进程来回收未使用的变量。
    2. 储存变量不需要考虑同步。堆属于一个Goroutine，因此与在堆上存储变量相比，存储变量不需要同步。

    总之，当创建一个函数时，我们的默认行为应该是使用值而不是指针。只有在我们想要共享变量时才应使用指针。

    如果我们遇到性能问题，可以使用go build -gcflags "-m -m"命令，来显示编译器将变量转义到堆的具体操作。

    再次重申，对于大多数日常用例来说，值传递是最合适的。

    延伸阅读

    1. Language Mechanics On Stacks And Pointers
    2. Understanding Allocations: the Stack and the Heap - GopherCon SG 2019

    出乎意料的break

    如果f返回true，下面的例子中会发生什么？

    for {
  switch f() {
  case true:
    break
  case false:
    // Do something
  }
}

    我们将调用break语句。然而，将会break出switch语句，而不是for循环。

    同样的问题：

    for {
  select {
  case <-ch:
  // Do something
  case <-ctx.Done():
    break
  }
}

    break与select语句有关，与for循环无关。

    break出for/switch或for/select的一种解决方案是使用带标签的break，如下所示：

    loop:
    for {
        select {
        case <-ch:
        // Do something
        case <-ctx.Done():
            break loop
        }
    }

    缺失上下文的错误

    Go在错误处理方面仍然有待提高，以至于现在错误处理是Go2中最令人期待的需求。

    当前的标准库(在Go 1.13之前)只提供error的构造函数，自然而然就会缺失其他信息。

    让我们看一下pkg/errors库中错误处理的思想：

    An error should be handled only once. Logging an error is handling an error. So an error should either be logged or propagated.

    （译：错误应该只处理一次。记录log 错误就是在处理错误。所以，错误应该记录或者传播）

    对于当前的标准库，很难做到这一点，因为我们希望向错误中添加一些上下文信息，使其具有层次结构。

    例如: 所期望的REST调用导致数据库问题的示例：

    unable to server HTTP POST request for customer 1234
 |_ unable to insert customer contract abcd
     |_ unable to commit transaction

    如果我们使用pkg/errors，可以这样做：

    func postHandler(customer Customer) Status {
    err := insert(customer.Contract)
    if err != nil {
        log.WithError(err).Errorf("unable to server HTTP POST request for customer %s", customer.ID)
        return Status{ok: false}
    }
    return Status{ok: true}
}

func insert(contract Contract) error {
    err := dbQuery(contract)
    if err != nil {
        return errors.Wrapf(err, "unable to insert customer contract %s", contract.ID)
    }
    return nil
}

func dbQuery(contract Contract) error {
    // Do something then fail
    return errors.New("unable to commit transaction")
}

    如果不是由外部库返回的初始error可以使用error.New创建。中间层insert对此错误添加更多上下文信息。最终通过log错误来处理错误。每个级别要么返回错误，要么处理错误。

    我们可能还想检查错误原因来判读是否应该重试。假设我们有一个来自外部库的db包来处理数据库访问。 该库可能会返回一个名为db.DBError的临时错误。要确定是否需要重试，我们必须检查错误原因：

    使用pkg/errors中提供的errors.Cause可以判断错误原因。

    func postHandler(customer Customer) Status {
    err := insert(customer.Contract)
    if err != nil {
        switch errors.Cause(err).(type) {
        default:
            log.WithError(err).Errorf("unable to server HTTP POST request for customer %s", customer.ID)
            return Status{ok: false}
        case *db.DBError:
            return retry(customer)
        }

    }
    return Status{ok: true}
}

func insert(contract Contract) error {
    err := db.dbQuery(contract)
    if err != nil {
        return errors.Wrapf(err, "unable to insert customer contract %s", contract.ID)
    }
    return nil
}

    我见过的一个常见错误是部分使用pkg/errors。 例如，通过这种方式检查错误：

    switch err.(type) {
default:
  log.WithError(err).Errorf("unable to server HTTP POST request for customer %s", customer.ID)
  return Status{ok: false}
case *db.DBError:
  return retry(customer)
}

    在此示例中，如果db.DBError被wrapped，它将永远不会执行retry。

    延伸阅读

    Don’t just check errors, handle them gracefully

    正在扩容的切片

    有时，我们知道切片的最终长度。假设我们想把Foo切片转换成Bar切片，这意味着这两个切片的长度是一样的。

    我经常看到切片以下面的方式初始化：

    var bars []Bar
bars := make([]Bar, 0)

    切片不是一个神奇的数据结构，如果没有更多可用空间，它会进行双倍扩容。在这种情况下，会自动创建一个切片(容量更大)，并复制其中的元素。

    如果想容纳上千个元素，想象一下，我们需要扩容多少次。虽然插入的时间复杂度是O(1)，但它仍会对性能有所影响。

    因此，如果我们知道最终长度，我们可以:

    • 用预定义的长度初始化它

      func convert(foos []Foo) []Bar {
    bars := make([]Bar, len(foos))
    for i, foo := range foos {
        bars[i] = fooToBar(foo)
    }
    return bars
}

    • 或者使用长度0和预定义容量初始化它：

      func convert(foos []Foo) []Bar {
    bars := make([]Bar, 0, len(foos))
    for _, foo := range foos {
        bars = append(bars, fooToBar(foo))
    }
    return bars
}

    毫无规范的Context

    context.Context 经常被误用。 根据官方文档:

    A Context carries a deadline, a cancelation signal, and other values across API boundaries.

    这种描述非常笼统，以至于让一些人对使用它感到困惑。

    让我们试着详细描述一下。Context可以包含:

    • A deadline（最后期限）。它意味着到期之后（250ms之后或者一个指定的日期），我们必须停止正在进行的操作（I/O请求，等待的channel输入，等等）。
    • A cancelation signal（取消信号）。一旦我们收到信号，我们必须停止正在进行的活动。例如，假设我们收到两个请求：一个用来插入一些数据，另一个用来取消第一个请求。这可以通过在第一个调用中使用cancelable上下文来实现，一旦我们获得第二个请求，这个上下文就会被取消。
    • A list of key/value （键/值列表）均基于interface{}类型。

    值得一提的是，Context是可以组合的。例如，我们可以继承一个带有截止日期和键/值列表的Context。此外，多个goroutines可以共享相同的Context，取消一个Context可能会停止多个活动。

    回到我们的主题，举一个我经历的例子。

    一个基于urfave/cli （如果您不知道，这是一个很好的库，可以在Go中创建命令行应用程序）创建的Go应用。一旦开始，程序就会继承父级的Context。这意味着当应用程序停止时，将使用此Context发送取消信号。

    我经历的是，这个Context是在调用gRPC时直接传递的，这不是我想做的。相反，我想当应用程序停止时或无操作100毫秒后，发送取消请求。

    为此，可以简单地创建一个组合的Context。如果parent是父级的Context的名称（由urfave/cli创建），那么组合操作如下：

    ctx, cancel := context.WithTimeout(parent, 100 * time.Millisecond)
response, err := grpcClient.Send(ctx, request)

    Context并不复杂，在我看来，可谓是 Go 的最佳特性之一。

    延伸阅读

    1. Understanding the context package in golang
    2. gRPC and Deadlines

    被遗忘的-race参数

    我经常看到的一个错误是在没有-race参数的情况下测试 Go 应用程序。

    正如本报告所述，虽然Go“旨在使并发编程更容易，更不容易出错”，但我们仍然遇到很多并发问题。

    显然，Go 竞争检测器无法解决每一个并发问题。但是，它仍有很大价值，我们应该在测试应用程序时始终启用它。

    延伸阅读

    Does the Go race detector catch all data race bugs?

    更完美的封装

    另一个常见错误是将文件名传递给函数。

    假设我们实现一个函数来计算文件中的空行数。最初的实现是这样的：

    func count(filename string) (int, error) {
    file, err := os.Open(filename)
    if err != nil {
        return 0, errors.Wrapf(err, "unable to open %s", filename)
    }
    defer file.Close()

    scanner := bufio.NewScanner(file)
    count := 0
    for scanner.Scan() {
        if scanner.Text() == "" {
            count++
        }
    }
    return count, nil
}

    filename 作为给定的参数，然后我们打开该文件，再实现读空白行的逻辑，嗯，没有问题。

    假设我们希望在此函数之上实现单元测试，并使用普通文件，空文件，具有不同编码类型的文件等进行测试。代码很容易变得非常难以维护。

    此外，如果我们想对于HTTP Body实现相同的逻辑，将不得不为此创建另一个函数。

    Go 设计了两个很棒的接口：io.Reader 和 io.Writer (译者注：常见IO 命令行，文件，网络等)

    所以可以传递一个抽象数据源的io.Reader，而不是传递文件名。

    仔细想一想统计的只是文件吗？一个HTTP正文？字节缓冲区？

    答案并不重要，重要的是无论Reader读取的是什么类型的数据，我们都会使用相同的Read方法。

    在我们的例子中，甚至可以缓冲输入以逐行读取它（使用bufio.Reader及其ReadLine方法）：

    func count(reader *bufio.Reader) (int, error) {
    count := 0
    for {
        line, _, err := reader.ReadLine()
        if err != nil {
            switch err {
            default:
                return 0, errors.Wrapf(err, "unable to read")
            case io.EOF:
                return count, nil
            }
        }
        if len(line) == 0 {
            count++
        }
    }
}

    打开文件的逻辑现在交给调用count方：

    file, err := os.Open(filename)
if err != nil {
  return errors.Wrapf(err, "unable to open %s", filename)
}
defer file.Close()
count, err := count(bufio.NewReader(file))

    无论数据源如何，都可以调用count。并且，还将促进单元测试，因为可以从字符串创建一个bufio.Reader，这大大提高了效率。

    count, err := count(bufio.NewReader(strings.NewReader("input")))

    Goruntines与循环变量

    我见过的最后一个常见错误是使用 Goroutines 和循环变量。

    以下示例将会输出什么？

    ints := []int{1, 2, 3}
for _, i := range ints {
  go func() {
    fmt.Printf("%v\n", i)
  }()
}

    乱序输出 1 2 3 ？答错了。

    在这个例子中，每个 Goroutine 共享相同的变量实例，因此最有可能输出3 3 3。

    有两种解决方案可以解决这个问题。

    第一种是将i变量的值传递给闭包（内部函数）：

    ints := []int{1, 2, 3}
for _, i := range ints {
  go func(i int) {
    fmt.Printf("%v\n", i)
  }(i)
}

    第二种是在for循环范围内创建另一个变量：

    ints := []int{1, 2, 3}
for _, i := range ints {
  i := i
  go func() {
    fmt.Printf("%v\n", i)
  }()
}

    i := i可能看起来有点奇怪，但它完全有效。

    因为处于循环中意味着处于另一个作用域内，所以i := i相当于创建了另一个名为i的变量实例。

    当然，为了便于阅读，最好使用不同的变量名称。

    延伸阅读

    Using goroutines on loop iterator variables

    你还想提到其他常见的错误吗？请随意分享，继续讨论；)

    go
    本文系翻译，阅读原文
    https://itnext.io/the-top-10-most-common-mistakes-ive-seen-in-go-projects-4b79d4f6cd65#e9ba
    SimonMa
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