19. 一文搞懂 Go Modules 前世今生及入门使用

Hi，大家好。

我是明哥，在自己学习 Golang 的这段时间里，我写了详细的学习笔记放在我的个人微信公众号《Go编程时光》，对于 Go 语言，我也算是个初学者，因此写的东西应该会比较适合刚接触的同学，如果你也是刚学习 Go 语言，不防关注一下，一起学习，一起成长。

在线博客：http://golang.iswbm.com
Github：github.com/iswbm/GolangCodingTime

在以前，Go 语言的的包依赖管理一直都被大家所诟病，Go官方也在一直在努力为开发者提供更方便易用的包管理方案，从最初的 GOPATH 到 GO VENDOR，再到最新的 GO Modules，虽然走了不少的弯路，但最终还是拿出了 Go Modules 这样像样的解决方案。

目前最主流的包依赖管理方式是使用官方推荐的 Go Modules ，这不前段时间 Go 1.14 版本发布，官方正式放话，强烈推荐你使用 Go Modules，并且有自信可以用于生产中。

本文会大篇幅的讲解 Go Modules 的使用，但是在那之前，我仍然会简要介绍一下前两个解决方案 GOPATH 和 go vendor 到底是怎么回事？我认为这是有必要的，因为只有了解它的发展历程，才能知道 Go Modules 的到来是有多么的不容易，多么的意义非凡。

1. 最古老的 GOPATH

GOPATH 应该很多人都很眼熟了，之前在配置环境的时候，都配置过吧？

你可以将其理解为工作目录，在这个工作目录下，通常有如下的目录结构

每个目录存放的文件，都不相同

bin：存放编译后生成的二进制可执行文件
pkg：存放编译后生成的 .a 文件
src：存放项目的源代码，可以是你自己写的代码，也可以是你 go get 下载的包

将你的包或者别人的包全部放在 $GOPATH/src 目录下进行管理的方式，我们称之为 GOPATH 模式。

在这个模式下，使用 go install 时，生成的可执行文件会放在 $GOPATH/bin 下

如果你安装的是一个库，则会生成 .a 文件到 $GOPATH/pkg 下对应的平台目录中（由 GOOS 和 GOARCH 组合而成），生成 .a 为后缀的文件。

GOOS，表示的是目标操作系统，有 darwin（Mac），linux，windows，android，netbsd，openbsd，solaris，plan9 等

而 GOARCH，表示目标架构，常见的有 arm，amd64 等

这两个都是 go env 里的变量，你可以通过 go env 变量名 进行查看

至此，你可能不会觉得上面的方案会产生什么样的问题，直到你开始真正使用 GOPATH 去开发程序，就不得不开始面临各种各样的问题，其中最严重的就是版本管理问题，因为 GOPATH 根本没有版本的概念。

以下几点是你使用 GOPATH 一定会碰到的问题：

你无法在你的项目中，使用指定版本的包，因为不同版本的包的导入方法也都一样
其他人运行你的开发的程序时，无法保证他下载的包版本是你所期望的版本，当对方使用了其他版本，有可能导致程序无法正常运行
在本地，一个包只能保留一个版本，意味着你在本地开发的所有项目，都得用同一个版本的包，这几乎是不可能的。

2. go vendor 模式的过渡

为了解决 GOPATH 方案下不同项目下无法使用多个版本库的问题，Go v1.5 开始支持 vendor 。

以前使用 GOPATH 的时候，所有的项目都共享一个 GOPATH，需要导入依赖的时候，都来这里找，正所谓一山不容二虎，在 GOPATH 模式下只能有一个版本的第三方库。

解决的思路就是，在每个项目下都创建一个 vendor 目录，每个项目所需的依赖都只会下载到自己vendor目录下，项目之间的依赖包互不影响。在编译时，v1.5 的 Go 在你设置了开启 GO15VENDOREXPERIMENT=1 （注：这个变量在 v1.6 版本默认为1，但是在 v1.7 后，已去掉该环境变量，默认开启 vendor 特性，无需你手动设置）后，会提升 vendor 目录的依赖包搜索路径的优先级（相较于 GOPATH）。

其搜索包的优先级顺序，由高到低是这样的

当前包下的 vendor 目录
向上级目录查找，直到找到 src 下的 vendor 目录
在 GOROOT 目录下查找
在 GOPATH 下面查找依赖包

虽然这个方案解决了一些问题，但是解决得并不完美。

如果多个项目用到了同一个包的同一个版本，这个包会存在于该机器上的不同目录下，不仅对磁盘空间是一种浪费，而且没法对第三方包进行集中式的管理（分散在各个角落）。
并且如果要分享开源你的项目，你需要将你的所有的依赖包悉数上传，别人使用的时候，除了你的项目源码外，还有所有的依赖包全部下载下来，才能保证别人使用的时候，不会因为版本问题导致项目不能如你预期那样正常运行。

这些看似不是问题的问题，会给我们的开发使用过程变得非常难受，虽然我是初学者，还未使用过 go vendor，但能有很明显的预感，这个方案照样会另我崩溃。

3. go mod 的横空出世

go modules 在 v1.11 版本正式推出，在最新发布的 v1.14 版本中，官方正式发话，称其已经足够成熟，可以应用于生产上。

从 v1.11 开始，go env 多了个环境变量： GO111MODULE ，这里的 111，其实就是 v1.11 的象征标志， go 里好像很喜欢这样的命名方式，比如当初 vendor 出现的时候，也多了个 GO15VENDOREXPERIMENT 环境变量，其中 15，表示的vendor 是在 v1.5 时才诞生的。

GO111MODULE 是一个开关，通过它可以开启或关闭 go mod 模式。

它有三个可选值：off、on、auto，默认值是auto。

GO111MODULE=off禁用模块支持，编译时会从GOPATH和vendor文件夹中查找包。
GO111MODULE=on启用模块支持，编译时会忽略GOPATH和vendor文件夹，只根据 go.mod下载依赖。
GO111MODULE=auto，当项目在$GOPATH/src 外且项目根目录有go.mod文件时，自动开启模块支持。

go mod 出现后， GOPATH（肯定没人使用了）和 GOVENDOR 将会且正在被逐步淘汰，但是若你的项目仍然要使用那些即将过时的包依赖管理方案，请注意将 GO111MODULE 置为 off。

具体怎么设置呢？可以使用 go env 的命令，如我要开启 go mod ，就使用这条命令

$ go env -w GO111MODULE="on"

4. go mod 依赖的管理

接下来，来演示一下 go modules 是如何来管理包依赖的。

go mod 不再依靠 $GOPATH，使得它可以脱离 GOPATH 来创建项目，于是我们在家目录下创建一个 go_test 的目录，用来创建我的项目，详细操作如下：

接下来，进入项目目录，执行如下命令进行 go modules 的初始化

接下来很重要的一点，我们要看看 go install 把下载的包安装到哪里了？

上面我们观察到，在使用 go modules 模式后，项目目录下会多生成两个文件也就是 go.mod 和 go.sum 。

这两个文件是 go modules 的核心所在，这里不得不好好介绍一下。

go.mod 文件

go.mod 的内容比较容易理解

第一行：模块的引用路径
第二行：项目使用的 go 版本
第三行：项目所需的直接依赖包及其版本

在实际应用上，你会看见更复杂的 go.mod 文件，比如下面这样

module github.com/BingmingWong/module-test

go 1.14

require (
    example.com/apple v0.1.2
    example.com/banana v1.2.3
    example.com/banana/v2 v2.3.4
    example.com/pear // indirect
    example.com/strawberry // incompatible
)

exclude example.com/banana v1.2.4
replace（
    golang.org/x/crypto v0.0.0-20180820150726-614d502a4dac => github.com/golang/crypto v0.0.0-20180820150726-614d502a4dac
    golang.org/x/net v0.0.0-20180821023952-922f4815f713 => github.com/golang/net v0.0.0-20180826012351-8a410e7b638d
    golang.org/x/text v0.3.0 => github.com/golang/text v0.3.0
)

主要是多出了两个 flag：

exclude：忽略指定版本的依赖包
replace：由于在国内访问golang.org/x的各个包都需要翻墙，你可以在go.mod中使用replace替换成github上对应的库。

go.sum 文件

反观 go.sum 文件，就比较复杂了，密密麻麻的。

可以看到，内容虽然多，但是也不难理解

每一行都是由 模块路径，模块版本，哈希检验值 组成，其中哈希检验值是用来保证当前缓存的模块不会被篡改。hash 是以h1:开头的字符串，表示生成checksum的算法是第一版的hash算法（sha256）。

值得注意的是，为什么有的包只有一行

<module> <version>/go.mod <hash>

而有的包却有两行呢

<module> <version> <hash>
<module> <version>/go.mod <hash>

那些有两行的包，区别就在于 hash 值不一行，一个是 h1:hash，一个是 go.mod h1:hash

而 h1:hash 和 go.mod h1:hash两者，要不就是同时存在，要不就是只存在 go.mod h1:hash。那什么情况下会不存在 h1:hash 呢，就是当 Go 认为肯定用不到某个模块版本的时候就会省略它的 h1 hash，就会出现不存在 h1 hash，只存在 go.mod h1:hash 的情况。[引用自 3]

go.mod 和 go.sum 是 go modules 版本管理的指导性文件，因此 go.mod 和 go.sum 文件都应该提交到你的 Git 仓库中去，避免其他人使用你写项目时，重新生成的go.mod 和 go.sum 与你开发的基准版本的不一致。

5. go mod 命令的使用

go mod init：初始化go mod，生成go.mod文件，后可接参数指定 module 名，上面已经演示过。
go mod download：手动触发下载依赖包到本地cache（默认为$GOPATH/pkg/mod目录）
go mod graph：打印项目的模块依赖结构

go mod tidy ：添加缺少的包，且删除无用的包
go mod verify ：校验模块是否被篡改过
go mod why：查看为什么需要依赖
go mod vendor ：导出项目所有依赖到vendor下

go mod edit ：编辑go.mod文件，接 -fmt 参数格式化 go.mod 文件，接 -require=golang.org/x/text 添加依赖，接 -droprequire=golang.org/x/text 删除依赖，详情可参考 go help mod edit

go list -m -json all：以 json 的方式打印依赖详情

如何给项目添加依赖（写进 go.mod）呢？

有两种方法：

你只要在项目中有 import，然后 go build 就会 go module 就会自动下载并添加。
自己手工使用 go get 下载安装后，会自动写入 go.mod 。

7. 总结写在最后

如果让我用一段话来评价 GOPATH 和 go vendor，我会说

GOPATH 做为 Golang 的第一个包管理模式，只能保证你能用，但不保证好用，而 go vendor 解决了 GOPATH 忽视包版的本管理，保证好用，但是还不够好用，直到 go mod 的推出后，才使 Golang 包的依赖管理有了一个能让 Gopher 都统一比较满意的方案，达到了能用且好用的标准。

如果是刚开始学习 Golang ，那么 GOPATH 和 go vendor 可以做适当了解，不必深入研究，除非你要接手的项目由于一些历史原因仍然在使用 go vender 械管理，除此之外，任何 Gopher 应该从此刻就投入 go modules 的怀抱。

以上是我在这几天的学习总结，希望对还未入门阶段的你，有所帮助。另外，本篇文章如有写得不对的，请后台批评指正，以免误导其他朋友，非常感谢。