Go 1.7 中值得关注的几个变化

从Release Cycle说起

从Go 1.3版本开始,Golang 核心开发Team的版本开发周期逐渐稳定下来。经过Go 1.4、 Go1.5 和Go 1.6的实践,大神 Russ Cox 在 Go wiki 上大致定义了 Go Release Cycle 的一般流程:

半年一个major release版本。
发布流程启动时间:每年8月1日和次年2月1日(真正发布日期有可能是这个日子,也可能延后几天)。
半年的周期中,前三个月是Active Development,then 功能冻结(大约在11月1日和次年的5月1日)。接下来的三个月为test和polish。
下一个版本的启动计划时间:7月15日和1月15日,版本计划期持续15天,包括讨论这个major版本中要实现的主要功能、要fix的前期遗留的bug。
release前的几个阶段版本:beta版本若干(一般是2-3个)、release candidate版本若干(一般是1-2个)和最后的release版本。
major release版本的维护是通过一系列的minor版本体现的,主要是修正一些导致crash的严重问题或是安全问题,比如major release版本Go 1.6目前就有go 1.6.1和go 1.6.2两个后续minor版本发布。
在制定下一个版本启动计划时,一般会由Russ Cox在 Golang -dev group 发起相关讨论,其他Core developer在讨论帖中谈一下自己在下一个版本中要做的事情,让所有开发者大致了解一下下个版本可能包含的功能和修复的bug概况。但这些东西是否能最终包含在下一个Release版本中,还要看Development阶段feature代码是否能完成、通过review并加入到main trunk中;如果来不及加入,这个功能可能就会放入下一个major release中,比如SSA就错过了Go 1.6(由于Go 1.5改动较大,留给Go 1.6的时间短了些)而放在了Go 1.7中了。

个人感觉Go社区采用的是一种“民主集中制”的文化,即来自Google的 Golang core team 的少数人具有实际话语权,尤其是几个最早加入Go team的大神,比如 Rob Pike 老头、Russ Cox以及 Ian Lance Taylor 等。当然绝大部分合理建议还是被merge到了Go代码中的,但一些与Go哲学有背离的想法,比如加入泛型、增加新类型、改善错误处理等,基本都被Rob Pike老头严词拒绝了,至少Go 1兼容版本中,大家是铁定看不到的了。至于Go 2,就连Go core team的人也不能不能打包票说一定会有这样的新语言规范。不过从Rob Pike前些阶段的一些言论中,大致可以揣摩出Pike老头正在反思Go 1的设计,也许他正在做Go 2的语言规范也说不定呢^_^。这种“文化”并不能被很多开源开发者所欣赏,在GopherChina 2016大会上,大家就对这种“有些独裁”的文化做过深刻了辩论,尤其是对比 Rust 那种“绝对民主”的文化。见仁见智的问题,这里就不深入了。个人觉得Go core team目前的做法还是可以很好的保持Go语言在版本上的理想的兼容性和发展的一致性的,对于一门面向工程领域的语言而言,这也许是开发者们较为看重的东西;编程语言语法在不同版本间“跳跃式”的演进也许会在短时间内带来新鲜感,但长久看来,对代码阅读和维护而言,都会有一个不小的负担。

下面回归正题。Go 1.7究竟带来了哪些值得关注的变化呢?马上揭晓^_^。(以下测试所使用的Go版本为 go 1.7 beta2 )。

一、语言

Go 1.7在版本计划阶段设定的目标就是改善和优化(polishing),因此在Go语言(Specification)规范方面继续保持着与Go 1兼容,因此理论上Go 1.7的发布对以往Go 1兼容的程序而言是透明的,已存在的代码均可以正常通过Go 1.7的编译并正确执行。

不过Go 1.7还是对Go1 Specs中关于“Terminating statements”的说明作了一个extremely tiny的改动:

A statement list ends in a terminating statement if the list is not empty and its final statement is terminating.
=>
A statement list ends in a terminating statement if the list is not empty and its final non-empty statement is terminating.

Specs是抽象的,例子是生动的,我们用一个例子来说明一下这个改动:

// go17-examples/language/f.go

package f

func f() int {
    return 3
    ;
}

对于f.go中f函数的body中的语句列表(statement list),所有版本的go compiler或gccgo compiler都会认为其在”return 3″这个terminating statement处terminate,即便return语句后面还有一个“;”也没关系。但Go 1.7之前的gotype工具却严格按照go 1.7之前的Go 1 specs中的说明进行校验,由于最后的statement是”;” – 一个empty statement,gotype会提示:”missing return”:

// Go 1.7前版本的gotype

$gotype f.go
f.go:6:1: missing return

于是就有了gotype与gc、gccgo行为的不一致!为此Go 1.7就做了一些specs上的改动,将statements list的terminate点从”final statement”改为“final non-empty statement”,这样即便后面再有”;”也不打紧了。于是用go 1.7中的gotype执行同样的命令,得到的结果却不一样:

// Go 1.7的gotype
$gotype f.go
没有任何错误输出

gotype默认以源码形式随着Go发布,我们需要手工将其编译为可用的工具,编译步骤如下:

$cd $GOROOT/src/go/types
$go build gotype.go
在当前目录下就会看到gotype可执行文件,你可以将其mv or cp到$GOBIN下,方便在命令行中使用。
二、Go Toolchain(工具链)

Go的toolchain的强大实用是毋容置疑的,也是让其他编程语言Fans直流口水的那部分。每次Go major version release,Go工具链都会发生或大或小的改进,这次也不例外。

1、SSA

SSA (Static Single-Assignment),对于大多数开发者来说都是不熟悉的,也是不需要关心的,只有搞编译器的人才会去认真研究它究竟为何物。对于Go语言的使用者而言,SSA意味着让编译出来的应用更小,运行得更快,未来有更多的优化空间,而这一切的获得却不需要Go开发者修改哪怕是一行代码^_^。

在Go core team最初的计划中,SSA在Go 1.6时就应该加入,但由于Go 1.6开发周期较为短暂,SSA的主要开发者Keith Randall没能按时完成相关开发,尤其是在性能问题上没能达到之前设定的目标,因此merge被推迟到了Go 1.7。即便是Go 1.7,SSA也只是先完成了x86-64系统。据实而说,SSA后端的引入,风险还是蛮大的,因此Go在编译器中加入了一个开关”-ssa=0|1″,可以让开发者自行选择是否编译为SSA后端,默认情况下,在x86-64平台下SSA后端是打开的。同时,Go 1.7还修改了包导出的元数据的格式,由以前的文本格式换成了更为短小精炼的二进制格式,这也让Go编译出来的结果文件的Size更为small。

我们可以简单测试一下上述两个优化后对编译后结果的影响,我们以编译github.com/bigwhite/gocmpp/examples/client/例:

-rwxrwxr-x 1 share share 4278888  6月 20 14:20 client-go16*
-rwxrwxr-x 1 share share 3319205  6月 20 14:04 client-go17*
-rwxrwxr-x 1 share share 3319205  6月 20 14:05 client-go17-no-newexport*
-rwxrwxr-x 1 share share 3438317  6月 20 14:04 client-go17-no-ssa*
-rwxrwxr-x 1 share share 3438317  6月 20 14:03 client-go17-no-ssa-no-newexport*

其中:client-go17-no-ssa是通过下面命令行编译的:

$go build -a -gcflags="-ssa=0" github.com/bigwhite/gocmpp/examples/client

client-go17-no-newexport*是通过下面命令行编译的:

$go build -a -gcflags="-newexport=0" github.com/bigwhite/gocmpp/examples/client

client-go17-no-ssa-no-newexport是通过下面命令行编译的:

$go build -a -gcflags="-newexport=0 -ssa=0" github.com/bigwhite/gocmpp/examples/client

对比client-go16和client-go17,我们可以看到默认情况下Go 17编译出来的可执行程序(client-go17)比Go 1.6编译出来的程序(client-go16)小了约21%,效果十分明显。这也与Go官方宣称的file size缩小20%~30%de 平均效果相符。

不过对比client-go17和client-go17-no-newexport,我们发现,似乎-newexport=0并没有起到什么作用,两个最终可执行文件的size相同。这个在ubuntu 14.04以及darwin平台上测试的结果均是如此,暂无解。

引入SSA后,官方说法是:程序的运行性能平均会提升5%~35%,数据来源于官方的 benchmark 数据,这里就不再重复测试了。

2、编译器编译性能

Go 1.5发布以来,Go的编译器性能大幅下降就遭到的Go Fans们的“诟病”,虽然Go Compiler的性能与其他编程语言横向相比依旧是“独领风骚”。最差时,Go 1.5的编译构建时间是Go 1.4.x版本的4倍还多。这个问题也引起了Golang 老大Rob Pike的极大关注,在Russ Cox筹划Go 1.7时,Rob Pike就极力要求要对Go compiler&linker的性能进行优化,于是就有了Go 1.7“全民优化”Go编译器和linker的上百次commit,至少从目前来看,效果是明显的。

Go大神 Dave Cheney 为了跟踪开发中的Go 1.7的编译器性能情况,建立了三个benchmark: benchjuju 、 benchkube 和 benchgogs 。Dave上个月最新贴出的一幅性能对比图显示:编译同一项目,Go 1.7编译器所需时间仅约是Go 1.6的一半,Go 1.4.3版本的2倍;也就是说经过优化后,Go 1.7的编译性能照比Go 1.6提升了一倍,离Go 1.4.3还有一倍的差距。


3、StackFrame Pointer

在Go 1.7功能freeze前夕,Russ Cox将 StackFrame Pointer 加入到Go 1.7中了,目的是使得像Linux Perf或Intel Vtune等工具能更高效的抓取到go程序栈的跟踪信息。但引入STackFrame Pointer会有一些性能上的消耗,大约在2%左右。通过下面环境变量设置可以关闭该功能:

export GOEXPERIMENT=noframepointer
4、Cgo增加C.CBytes

Cgo的helper函数在逐渐丰富,这次Cgo增加C.CBytes helper function就是 源于开发者的需求 。这里不再赘述Cgo的这些Helper function如何使用了,通过一小段代码感性了解一下即可:

// go17-examples/gotoolchain/cgo/print.go

package main

// #include <stdio.h>
// #include <stdlib.h>
//
// void print(void *array, int len) {
//  char *c = (char*)array;
//
//  for (int i = 0; i < len; i++) {
//      printf("%c", *(c+i));
//  }
//  printf("\n");
// }
import "C"

import "unsafe"

func main() {
    var s = "hello cgo"
    csl := C.CBytes([]byte(s))
    C.print(csl, C.int(len(s)))
    C.free(unsafe.Pointer(csl))
}

执行该程序:

$go run print.go
hello cgo
5、其他小改动

经过Go 1.5和Go 1.6实验的go vendor机制在Go 1.7中将正式去掉GO15VENDOREXPERIMENT环境变量开关,将vendor作为默认机制。
go get支持git.openstack.org导入路径。
go tool dist list命令将打印所有go支持的系统和硬件架构,在我的机器上输出结果如下:
$go tool dist list
android/386
android/amd64
android/arm
android/arm64
darwin/386
darwin/amd64
darwin/arm
darwin/arm64
dragonfly/amd64
freebsd/386
freebsd/amd64
freebsd/arm
linux/386
linux/amd64
linux/arm
linux/arm64
linux/mips64
linux/mips64le
linux/ppc64
linux/ppc64le
linux/s390x
nacl/386
nacl/amd64p32
nacl/arm
netbsd/386
netbsd/amd64
netbsd/arm
openbsd/386
openbsd/amd64
openbsd/arm
plan9/386
plan9/amd64
plan9/arm
solaris/amd64
windows/386
windows/amd64

三、标准库

1、支持subtests和sub-benchmarks

表驱动测试是Golang 内置testing框架的一个最佳实践,基于表驱动测试的思路,Go 1.7又进一步完善了testing的组织体系,增加了 subtests和sub-benchmarks 。目的是为了实现以下几个Features:

通过外部command line(go test –run=xx)可以从一个table中选择某个test或benchmark,用于调试等目的;
简化编写一组相似的benchmarks;
在subtest中使用Fail系列方法(如FailNow,SkipNow等);
基于外部或动态表创建subtests;
更细粒度的setup和teardown控制,而不仅仅是TestMain提供的;
更多的并行控制;
与顶层函数相比,对于test和benchmark来说,subtests和sub-benchmark代码更clean。
下面是一个基于subtests文档中demo改编的例子:

传统的Go 表驱动测试就像下面代码中TestSumInOldWay一样:

// go17-examples/stdlib/subtest/foo_test.go

package foo

import (
    "fmt"
    "testing"
)

var tests = []struct {
    A, B int
    Sum  int
}{
    {1, 2, 3},
    {1, 1, 2},
    {2, 1, 3},
}

func TestSumInOldWay(t *testing.T) {
    for _, tc := range tests {
        if got := tc.A + tc.B; got != tc.Sum {
            t.Errorf("%d + %d = %d; want %d", tc.A, tc.B, got, tc.Sum)
        }
    }
}

对于这种传统的表驱动测试,我们在控制粒度上仅能在顶层测试方法层面,即TestSumInOldWay这个层面:

$go test --run=TestSumInOldWay
PASS
ok      github.com/bigwhite/experiments/go17-examples/stdlib/subtest    0.008s
同时为了在case fail时更容易辨别到底是哪组数据导致的问题,Errorf输出时要带上一些测试数据的信息,比如上面代码中的:”%d+%d=%d; want %d”。

若通过subtests来实现,我们可以将控制粒度细化到subtest层面。并且由于subtest自身具有subtest name唯一性,无需在Error中带上那组测试数据的信息:

// go17-examples/stdlib/subtest/foo_test.go

func assertEqual(A, B, expect int, t *testing.T) {
    if got := A + B; got != expect {
        t.Errorf("got %d; want %d", got, expect)
    }
}

func TestSumSubTest(t *testing.T) {
    //setup code ... ...

    for i, tc := range tests {
        t.Run("A=1", func(t *testing.T) {
            if tc.A != 1 {
                t.Skip(i)
            }
            assertEqual(tc.A, tc.B, tc.Sum, t)
        })

        t.Run("A=2", func(t *testing.T) {
            if tc.A != 2 {
                t.Skip(i)
            }
            assertEqual(tc.A, tc.B, tc.Sum, t)
        })
    }

    //teardown code ... ...
}
我们故意将tests数组中的第三组测试数据的Sum值修改错误,这样便于对比测试结果:

var tests = []struct {
    A, B int
    Sum  int
}{
    {1, 2, 3},
    {1, 1, 2},
    {2, 1, 4},
}
执行TestSumSubTest:

$go test --run=TestSumSubTest
--- FAIL: TestSumSubTest (0.00s)
    --- FAIL: TestSumSubTest/A=2#02 (0.00s)
        foo_test.go:19: got 3; want 4
FAIL
exit status 1
FAIL    github.com/bigwhite/experiments/go17-examples/stdlib/subtest    0.007s

分别执行”A=1″和”A=2″的两个subtest:

$go test --run=TestSumSubTest/A=1
PASS
ok      github.com/bigwhite/experiments/go17-examples/stdlib/subtest    0.007s

$go test --run=TestSumSubTest/A=2
--- FAIL: TestSumSubTest (0.00s)
    --- FAIL: TestSumSubTest/A=2#02 (0.00s)
        foo_test.go:19: got 3; want 4
FAIL
exit status 1
FAIL    github.com/bigwhite/experiments/go17-examples/stdlib/subtest    0.007s

测试的结果验证了前面说到的两点:

1、subtest的输出自带唯一标识,比如:“FAIL: TestSumSubTest/A=2#02 (0.00s)”

2、我们可以将控制粒度细化到subtest的层面。

从代码的形态上来看,subtest支持对测试数据进行分组编排,比如上面的测试就将TestSum分为A=1和A=2两组,以便于分别单独控制和结果对比。

另外由于控制粒度支持subtest层,setup和teardown也不再局限尽在TestMain级别了,开发者可以在每个top-level test function中,为其中的subtest加入setup和teardown,大体模式如下:

func TestFoo(t *testing.T) {
    //setup code ... ...

    //subtests... ...

    //teardown code ... ...
}
Go 1.7中的subtest同样支持并发执行:

func TestSumSubTestInParalell(t *testing.T) {
    t.Run("blockgroup", func(t *testing.T) {
        for _, tc := range tests {
            tc := tc
            t.Run(fmt.Sprint(tc.A, "+", tc.B), func(t *testing.T) {
                t.Parallel()
                assertEqual(tc.A, tc.B, tc.Sum, t)
            })
        }
    })
    //teardown code
}
这里嵌套了两层Subtest,”blockgroup”子测试里面的三个子测试是相互并行(Paralell)执行,直到这三个子测试执行完毕,blockgroup子测试的Run才会返回。而TestSumSubTestInParalell与foo_test.go中的其他并行测试function(如果有的话)的执行是顺序的。

sub-benchmark在形式和用法上与subtest类似,这里不赘述了。

2、Context包

Go 1.7将原来的Golang .org/x/net/context包挪入了标准库中,放在$GOROOT/src/context下面,这显然是由于context模式用途广泛,Go core team响应了社区的声音,同时这也是Go core team自身的需要。Std lib中net、net/http、os/exec都用到了context。关于Context的详细说明,没有哪个比Go team的一篇” Go Concurrent Patterns:Context “更好了。

四、其他改动

Runtime这块普通开发者很少使用,一般都是Go core team才会用到。值得注意的是Go 1.7增加了一个runtime.Error(接口),所有runtime引起的panic,其panic value既实现了标准error接口,也实现了runtime.Error接口。

Golang 的GC在1.7版本中继续由 Austin Clements 和Rick Hudson进行打磨和优化。

Go 1.7编译的程序的执行效率由于SSA的引入和GC的优化,整体上会平均提升5%-35%(在x86-64平台上)。一些标准库的包得到了显著的优化,比如:crypto/sha1, crypto/sha256, encoding/binary, fmt, hash/adler32, hash/crc32, hash/crc64, image/color, math/big, strconv, strings, unicode, 和unicode/utf16,性能提升在10%以上。

Go 1.7还增加了对 使用二进制包(非源码)构建程序 的实验性支持(出于一些对商业软件发布形态的考虑),但Go core team显然是不情愿在这方面走太远,不承诺对此进行完整的工具链支持。

来源:tonybai
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Go 1.7 中值得关注的几个变化