2. Go语言的设计哲学

所谓编程语言的设计哲学，就是指决定这门语言演化进程的高级原则和依据。设计哲学之于编程语言，就好比一个人的价值观之于这个人的行为。

Go 语言的设计哲学五点分别是：

1. 简单是指 Go 语言特性始终保持在少且足够的水平，不走语言特性融合的道路，但又不乏生产力。简单是 Go 生产力的源泉，也是 Go 对开发者的最大吸引力；
2. 显式是指任何代码行为都需开发者明确知晓，不存在因“暗箱操作”而导致可维护性降低和不安全的结果；
3. 组合是构建 Go 程序骨架的主要方式，它可以大幅降低程序元素间的耦合，提高程序的可扩展性和灵活性；
4. 并发是 Go 敏锐地把握了 CPU 向多核方向发展这一趋势的结果，可以让开发人员在多核时代更容易写出充分利用系统资源、支持性能随 CPU 核数增加而自然提升的应用程序；
5. 面向工程是 Go 语言在语言设计上的一个重大创新，它将语言要解决的问题域扩展到那些原本并不是由编程语言去解决的领域，从而覆盖了更多开发者在开发过程遇到的“痛点”，为开发者提供了更好的使用体验。

2.1 简单

知名 Go 开发者戴维·切尼（Dave Cheney）曾说过：“大多数编程语言创建伊始都致力于成为一门简单的语言，但最终都只是满足于做一个强大的编程语言”。

而 Go 语言是一个例外。Go 语言的设计者们在语言设计之初，就拒绝了走语言特性融合的道路，选择了“做减法”并致力于打造一门简单的编程语言。

选择了“简单”，就意味着 Go 不会像 C++、Java 那样将其他编程语言的新特性兼蓄并收，所以你在 Go 语言中看不到传统的面向对象的类、构造函数与继承，看不到结构化的异常处理，也看不到本属于函数编程范式的语法元素。

Go 语法层面上呈现了这样的状态：

• 仅有 25 个关键字，主流编程语言最少；
• 内置垃圾收集，降低开发人员内存管理的心智负担；
• 首字母大小写决定可见性，无需通过额外关键字修饰；
• 变量初始为类型零值，避免以随机值作为初值的问题；
• 内置数组边界检查，极大减少越界访问带来的安全隐患；
• 内置并发支持，简化并发程序设计；
• 内置接口类型，为组合的设计哲学奠定基础；
• 原生提供完善的工具链，开箱即用；
• … …

简单的设计哲学是 Go 生产力的源泉

2.2 显式

在 Go 语言中，不同类型变量是不能在一起进行混合计算的，这是因为 Go 希望开发人员明确知道自己在做什么，这与 C 语言的“信任程序员”原则完全不同，因此你需要以显式的方式通过转型统一参与计算各个变量的类型。

除此之外，Go 设计者所崇尚的显式哲学还直接决定了 Go 语言错误处理的形态：Go 语言采用了显式的基于值比较的错误处理方案，函数 / 方法中的错误都会通过 return 语句显式地返回，并且通常调用者不能忽略对返回的错误的处理。

这种有悖于“主流语言潮流”的错误处理机制还一度让开发者诟病，社区也提出了多个新错误处理方案，但或多或少都包含隐式的成分，都被 Go 开发团队一一否决了，这也与显式的设计哲学不无关系。

2.3 组合

在 Go 语言设计层面，Go 设计者为开发者们提供了正交的语法元素，以供后续组合使用，包括：

• Go 语言无类型层次体系，各类型之间是相互独立的，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；
• 实现某个接口时，无需像 Java 那样采用特定关键字修饰；
• 包之间是相对独立的，没有子包的概念。

Go 语言为支撑组合的设计提供了类型嵌入（Type Embedding）。

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面向对象语言中的“继承”机制，但在原理上却与面向对象中的继承完全不同，这是一种 Go 设计者们精心设计的“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，更没有经典面向对象语言中的那种父类、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，方法的匹配主要取决于方法名字，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。

Go 标准库中的一段使用类型嵌入的组合方式的代码段：

// $GOROOT/src/sync/pool.go
type poolLocal struct {
    private interface{}   
    shared  []interface{}
    Mutex               
    pad     [128]byte  
}

在代码段中，我们在 poolLocal 这个结构体类型中嵌入了类型 Mutex，这就使得 poolLocal 这个类型具有了互斥同步的能力，我们可以通过 poolLocal 类型的变量，直接调用 Mutex 类型的方法 Lock 或 Unlock。

另外，我们在标准库中还会经常看到类似如下定义接口类型的代码段：

// $GOROOT/src/io/io.go
type ReadWriter interface {
    Reader
    Writer
}

这里，标准库通过嵌入接口类型的方式来实现接口行为的聚合，组成大接口，这种方式在标准库中尤为常用，并且已经成为了 Go 语言的一种惯用法。

垂直组合本质上是一种“能力继承”，采用嵌入方式定义的新类型继承了嵌入类型的能力。

Go 还有一种常见的组合方式，叫水平组合。

和垂直组合的能力继承不同，水平组合是一种能力委托（Delegate），我们通常使用接口类型来实现水平组合。

Go 语言中的接口是一个创新设计，它只是方法集合，并且它与实现者之间的关系无需通过显式关键字修饰，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”。

2.4 并发

“并发”这个设计哲学的出现有它的背景，你也知道 CPU 都是靠提高主频来改进性能的，但是现在这个做法已经遇到了瓶颈。主频提高导致 CPU 的功耗和发热量剧增，反过来制约了 CPU 性能的进一步提高。2007 年开始，处理器厂商的竞争焦点从主频转向了多核。

在这种大背景下，Go 的设计者在决定去创建一门新语言的时候，果断将面向多核、原生支持并发作为了新语言的设计原则之一。并且，Go 放弃了传统的基于操作系统线程的并发模型，而采用了用户层轻量级线程，Go 将之称为 goroutine。

goroutine 占用的资源非常小，Go 运行时默认为每个 goroutine 分配的栈空间仅 2KB。goroutine 调度的切换也不用陷入（trap）操作系统内核层完成，代价很低。因此，一个 Go 程序中可以创建成千上万个并发的 goroutine。而且，所有的 Go 代码都在 goroutine 中执行，哪怕是 go 运行时的代码也不例外。

在提供了开销较低的 goroutine 的同时，Go 还在语言层面内置了辅助并发设计的原语：channel 和 select。开发者可以通过语言内置的 channel 传递消息或实现同步，并通过 select 实现多路 channel 的并发控制。相较于传统复杂的线程并发模型，Go 对并发的原生支持将大大降低开发人员在开发并发程序时的心智负担。

2.5 面向工程

Go 语言设计的初衷，就是面向解决真实世界中 Google 内部大规模软件开发存在的各种问题，为这些问题提供答案

这些问题包括：程序构建慢、依赖管理失控、代码难于理解、跨语言构建难等。

语法是编程语言的用户接口，它直接影响开发人员对于这门语言的使用体验。

在面向工程设计哲学的驱使下，Go 在语法设计细节上做了精心的打磨。比如：

• 重新设计编译单元和目标文件格式，实现 Go 源码快速构建，让大工程的构建时间缩短到类似动态语言的交互式解释的编译速度；
• 如果源文件导入它不使用的包，则程序将无法编译。这可以充分保证任何 Go 程序的依赖树是精确的。这也可以保证在构建程序时不会编译额外的代码，从而最大限度地缩短编译时间；
• 去除包的循环依赖，循环依赖会在大规模的代码中引发问题，因为它们要求编译器同时处理更大的源文件集，这会减慢增量构建；
• 包路径是唯一的，而包名不必唯一的。导入路径必须唯一标识要导入的包，而名称只是包的使用者如何引用其内容的约定。“包名称不必是唯一的”这个约定，大大降低了开发人员给包起唯一名字的心智负担；
• 故意不支持默认函数参数。因为在规模工程中，很多开发者利用默认函数参数机制，向函数添加过多的参数以弥补函数 API 的设计缺陷，这会导致函数拥有太多的参数，降低清晰度和可读性；
• 增加类型别名（type alias），支持大规模代码库的重构。