02.Go语言的设计哲学之二: 组合

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Java 、C++等主流面向对象（以下简称 OO）语言通过复杂和庞大的、自上而下的类型体系、继承、显式接口实现等机制将程序的各个部分耦合起来，但在 Go 语言中我们找不到经典 OO 的语法元素、类型体系和继承机制，或者说 Go 语言本质上就不属于经典 OO 语言范畴。针对这种情况，很多人会问：那 Go 语言是如何将程序的各个部分有机地耦合在一起的呢？Go 语言遵从的设计哲学也是组合。

在介绍组合之前，我们可以先来了解一下 Go 在语法元素设计时是如何为组合哲学的应用打下坚实基础的。

在 Go 语言设计层面，Go 设计者为 gopher 们提供了语法元素供后续组合使用，包括：

• Go 语言无类型体系(type hierarchy)，类型之间是独立的，没有子类型的概念；
• 每个类型都可以有自己的方法集合，类型定义与方法实现是正交独立的；
• 接口(interface)与其实现之间"隐式关联"；
• 包(package)之间是相对独立的，没有子包的概念。

我们看到无论是包、接口还是一个个具体的类型定义(包括类型的方法集合)，Go 语言为我们呈现了这样的一幅图景：一个个没有关联的积木，但每个积木又都很精彩。现在摆在面前的工作就是在这些积木之间以最适当的方式建立关联（耦合），形成一个"整体"。Go 采用了组合的方式，也是唯一的方式。
Go 语言提供了的最为直观的组合的语法元素就是type embedding，即类型嵌入。通过类型嵌入，我们可以将已经实现的功能嵌入到新类型中，以快速满足新类型的功能需求，这种方式有些类似经典 OO 的“继承”，但在原理上与经典 OO 的继承完全不同。这是一种 Go 精心设计的“语法糖”，被嵌入的类型和新类型两者之间没有任何关系，甚至相互完全不知道对方的存在，更没有经典 OO 那种父类、子类的关系以及向上、向下转型(type casting)。通过新类型实例调用方法时，方法的匹配取决于方法名字，而不是类型。这种组合方式，我称之为“垂直组合”，即通过类型嵌入，快速让一个新类型“复用”其他类型已经实现的能力，实现功能的垂直扩展。
下面是一个类型嵌入的例子：

Go标准库：sync/pool.go

  type poolLocal struct {
      ...
      Mutex   // Protects shared.
      ...
  }

我们在 poolLocal 这个 struct 中嵌入类型 Mutex，被嵌入的 Mutex 类型的方法集合会被提升到外面的类型中。比如，这里的 poolLocal 将拥有 Mutex 类型的 Lock 和 Unlock 方法。实际调用时，方法调用实际会被传给 poolLocal 中的 Mutex 实例。
我们在标准库中还经常看到类似如下的 interface 类型嵌入的代码：

  type ReadWriter interface {
      Reader
      Writer
  }

通过在 interface 中嵌入 interface type，实现接口行为的聚合，组成大接口，这种方式在标准库中很常见，已经成为了 Go 语言的一种常见的用法。

interface 是 Go 语言中真正的魔法，是 Go 语言的一个创新设计，它只是方法集合，并且它与实现者之间的关系是隐式的，它让程序内部各部分之间的耦合降至最低，同时它也是连接程序各个部分之间“纽带”。隐式的 interface 实现会不经意间满足：依赖抽象、里氏替换、接口隔离等原则，这在其他语言中是需要很"刻意"的设计谋划才能实现的，但在 Go interface 来看，一切却是自然而然的。

通过 interface 将程序内部各个部分组合在一起的方法，我这里称之为水平组合。水平组合的“模式”很多，比如：一种常见方法就是：通过接受 interface 类型参数的普通函数进行组合，例如下面代码。

  func ReadAll(r io.Reader) ([]byte, error)
  func Copy(dst Writer, src Reader) (written int64, err error)

ReadAll 通过 io.Reader 这个接口将 io.Reader 的实现与 ReadAll 所在的包低耦合的水平组合在一起了。类似的水平组合“模式”还有 wrapper、middleware 等。

此外，Go 语言内置的并发能力也可以通过组合的方式实现“对计算能力的串联”，比如：通过 goroutine+channel 的组合实现类似 Unix Pipe 的能力。

至此，组合原则的应用展示了 Go 程序的骨架结构。类型嵌入为类型提供的垂直扩展能力，interface 是水平组合的关键，它好比程序肌体上的“关节”，给予连接“关节”的两个部分各自“自由活动”的能力，而整体上又实现了某种功能。组合也让遵循“简单”原则的 Go 语言的表现力丝毫不逊色于其他复杂的主流编程语言。