聊聊 Go 语言自带设计模式

开发 前端
和传统的 GOF​, Java​, C#​ 教科书式的 设计模式 不同,Go 语言设计从一开始就力求简洁,有其他编程语言基础的读者在学习和使用 Go 语言时, 万万不可按图索骥、生搬硬套,简单的事情复杂化。本文带领大家一起看一下,Go 语言标准库中自带的 编程设计模式。

本文转载自微信公众号「洋芋编程」,作者蛮荆 。转载本文请联系洋芋编程公众号。

在软件工程中,设计模式(design pattern)是对软件设计中普遍存在(反复出现)的各种问题,所提出的解决方案。 -- 维基百科

和传统的 GOF, Java, C# 教科书式的 设计模式 不同,Go 语言设计从一开始就力求简洁,有其他编程语言基础的读者在学习和使用 Go 语言时, 万万不可按图索骥、生搬硬套,简单的事情复杂化。

本文带领大家一起看一下,Go 语言标准库中自带的 编程设计模式。

单例模式

确保一个类只有一个实例,并提供对该实例的全局访问。

通过使用标准库中的 sync.Once 对业务对象进行简单封装,即可实现 单例模式,简单安全高效。

package main

import "sync"

var (
once sync.Once
instance Singleton
)

// Singleton 业务对象
type Singleton struct {
}

// NewInstance 单例模式方法
func NewInstance() Singleton {
once.Do(func() {
instance = Singleton{}
})
return instance
}

func main() {
// 调用方代码
s1 := NewInstance()
s2 := NewInstance()
s3 := NewInstance()
}

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Go 标准库单例模式

简单工厂模式

Go 语言本身没有 构造方法 特性,工程实践中一般使用 NewXXX 创建新的对象 (XXX 为对象名称),比如标准库中的:

// errors/errors.go

func New(text string) error {
return &errorString{text}
}

// sync/cond.go
func NewCond(l Locker) *Cond {
return &Cond{L: l}
}

在这个基础上,如果方法返回的是 interface 的时候,其实就等于是 简单工厂模式,然后再加一层抽象的话,就接近于 抽象工厂模式。

package main

// ConfigParser 配置解析接口
type ConfigParser interface {
Parse(p []byte)
}

// JsonParser Json 文件解析器
type JsonParser struct {
}

func (j *JsonParser) Parse(p []byte) {

}

func newJsonParser() *JsonParser {
return &JsonParser{}
}

// YamlParser Yaml 文件解析器
type YamlParser struct {
}

func (y *YamlParser) Parse(p []byte) {

}

func newYamlParser() *YamlParser {
return &YamlParser{}
}

type ConfigType uint8

const (
JsonType ConfigType = 1 << iota
YamlType
)

// NewConfig 根据不同的类型创建对应的解析器
func NewConfig(t ConfigType) ConfigParser {
switch t {
case JsonType:
return newJsonParser()
case YamlType:
return newYamlParser()
default:
return nil
}
}

func main() {
// 调用方代码
jsonParser := NewConfig(JsonType)
yamlParser := NewConfig(YamlType)
}

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Go 实现简单工厂模式

对象池模式

通过回收利用对象避免获取和释放资源所需的昂贵成本,我们可以直接使用 sync.Pool 对象来实现功能。

package main

import (
"net/http"
"sync"
)

var (
// HTTP Request 对象池
reqPool = sync.Pool{
New: func() any {
return http.Request{}
},
}
)

func main() {
// 调用方代码
r1 := reqPool.Get()
r2 := reqPool.Get()
r3 := reqPool.Get()

reqPool.Put(r1)
reqPool.Put(r2)
reqPool.Put(r3)
}

构建模式 (Builder)

将一个复杂对象的构建与它的表示分离,使得同样的构建过程可以创建不同的表示。

如果用传统的方法实现 构建模式,对应的 Go 语言代码大致是下面这个样子:

package main

type QueryBuilder interface {
Select(table string, columns []string) QueryBuilder
Where(conditions ...string) QueryBuilder
GetRawSQL() string
}

type MySQLQueryBuilder struct {
}

func (m *MySQLQueryBuilder) Select(table string, columns ...string) QueryBuilder {
// 具体实现代码跳过
return nil
}

func (m *MySQLQueryBuilder) Where(conditions ...string) QueryBuilder {
// 具体实现代码跳过
return nil
}

func (m *MySQLQueryBuilder) GetRawSQL() string {
// 具体实现代码跳过
return ""
}

func main() {
// 调用方代码
m := &MySQLQueryBuilder{}

sql := m.Select("users", "username", "password").
Where("id = 100").
GetRawSQL()

println(sql)
}

图片

Go 实现构建模式

上面的代码中,通过经典的链式调用来构造出具体的 SQL 语句,但是在 Go 语言中,我们一般使用另外一种模式来实现同样的功能 FUNCTIONAL OPTIONS, 这似乎也是 Go 语言中最流行的模式之一。

package main

type SQL struct {
Table string
Columns []string
Where []string
}

type Option func(s *SQL)

func Table(t string) Option {
// 注意返回值类型
return func(s *SQL) {
s.Table = t
}
}

func Columns(cs ...string) Option {
// 注意返回值类型
return func(s *SQL) {
s.Columns = cs
}
}

func Where(conditions ...string) Option {
// 注意返回值类型
return func(s *SQL) {
s.Where = conditions
}
}

func NewSQL(options ...Option) *SQL {
sql := &SQL{}

for _, option := range options {
option(sql)
}

return sql
}

func main() {
// 调用方代码
sql := NewSQL(Table("users"),
Columns("username", "password"),
Where("id = 100"),
)

println(sql)
}

图片

Go FUNCTIONAL OPTIONS 模式

观察者模式

在对象间定义一个一对多的联系性,由此当一个对象改变了状态,所有其他相关的对象会被通知并且自动刷新。

如果用传统的方法实现 观察者模式,对应的 Go 语言代码大致是下面这个样子:

package main

import "math"

// Observer 观察者接口
type Observer interface {
OnNotify(Event)
}

// Notifier 订阅接口
type Notifier interface {
Register(Observer)
Deregister(Observer)
Notify(Event)
}

type (
Event struct {
Data int64
}

eventObserver struct {
id int
}

eventNotifier struct {
observers map[Observer]struct{}
}
)

// OnNotify 观察者收到订阅的时间回调
func (o *eventObserver) OnNotify(e Event) {
}

// Register 注册观察者
func (o *eventNotifier) Register(l Observer) {
o.observers[l] = struct{}{}
}

// Deregister 移除观察者
func (o *eventNotifier) Deregister(l Observer) {
delete(o.observers, l)
}

// Notify 发出通知
func (o *eventNotifier) Notify(e Event) {
for p := range o.observers {
p.OnNotify(e)
}
}

func main() {
// 调用方代码
notifier := eventNotifier{
observers: make(map[Observer]struct{}),
}

notifier.Register(&eventObserver{1})
notifier.Register(&eventObserver{2})
notifier.Register(&eventObserver{3})

notifier.Notify(Event{Data: math.MaxInt64})
}

图片

Go 实现观察者模式

但其实我们有更简洁的方法,直接使用标准库中的 sync.Cond 对象,改造之后的 观察者模式 代码大概是这个样子:

package main

import (
"fmt"
"sync"
"time"
)

var done = false

func read(name string, c *sync.Cond) {
fmt.Println(name, "starts reading")

c.L.Lock()
for !done {
c.Wait() // 等待发出通知
}
c.L.Unlock()
}

func write(name string, c *sync.Cond) {
fmt.Println(name, "starts writing")
time.Sleep(100 * time.Millisecond)

c.L.Lock()
done = true // 设置条件变量
c.L.Unlock()

fmt.Println(name, "wakes all")
c.Broadcast() // 通知所有观察者
}

func main() {
cond := sync.NewCond(&sync.Mutex{}) // 创建时传入一个互斥锁

// 3 个观察者
go read("reader1", cond)
go read("reader2", cond)
go read("reader3", cond)

time.Sleep(time.Second) // 模拟延时

write("writer-1", cond) // 发出通知

time.Sleep(time.Second) // 模拟延时
}

图片

Go 标准库观察者模式

将代码改造为 sync.Cond 之后,代码量更好,结构更简洁。

ok/error 模式

在 Go 语言中,经常在一个表达式返回 2 个参数时使用这种模式:

  • 第 1 个参数是一个值或者 nil
  • 第 2 个参数是 true/false 或者 error

在一个需要赋值的 if 条件语句中,使用这种模式去检测第 2 个参数值会让代码显得优雅简洁。

在函数返回时检测错误

package main

func foo() (int, error){
return 0, nil
}

func main() {
if v, err := foo(); err != nil {
panic(err)
} else {
println(v)
}
}

检测 map 是否存在指定的 key

package main

func main() {
m := make(map[int]string)

if v, ok := m[0]; ok {
println(v)
}
}

类型断言

package main

func foo() interface{} {
return 1024
}

func main() {
n := foo()
if v, ok := n.(int); ok {
println(v)
}
}

检测通道是否关闭

package main

func main() {
ch := make(chan int)

go func() {
for i := 0; i < 5; i++ {
ch <- i
}
close(ch)
}()

for {
if v, ok := <-ch; ok {
println(v)
} else {
return
}
}
}

// $ go run main.go
// 输出如下
// 0
// 1
// 2
// 3
// 4

附加内容

闭包

有时候,我们可以利用 闭包 实现一些短小精悍的内部函数。

计数器

package main

func main() {
newSeqInc := func() func() int {
seq := 0
return func() int {
seq++
return seq
}
}

seq := newSeqInc() // 创建一个计数器
println(seq()) // 1
println(seq()) // 2
println(seq()) // 3

seq2 := newSeqInc() // 创建另一个计数器
println(seq2()) // 1
println(seq2()) // 2
println(seq2()) // 3
}

小结

下面表格列出了常用的 设计模式,其中 Go 标准库自带的 模式 已经用删除线标识,读者可以和自己常用的 设计模式 进行对比。

创建型模式

结构性模式

行为型模式

单例

适配器

策略

简单工厂

装饰者

观察者

抽象工厂

代理

状态

对象池


责任链

构建



长期以来,设计模式 一直处于尴尬的位置:初学者被各种概念和关系搞得不知所云,有经验的程序员会觉得 “这种代码写法 (这里指设计模式),我早就知道了啊”。 鉴于这种情况,本文中没有涉及到的 设计模式,笔者不打算再一一描述,感兴趣的读者可以直接跳到 仓库代码[1] 查看示例代码。

相比于设计模式,更重要的是理解语言本身的特性以及最佳实践。

扩展阅读

  •  Go 与面向对象
  • 设计模式 - 维基百科[2]
  • go-examples-for-beginners/patterns[3]
  • 圣杯与银弹 · 没用的设计模式[4]
  • tmrts/go-patterns[5]
  • DESIGN PATTERNS in GO[6]
  • 解密“设计模式”[7]
  • Go 编程模式 - 酷壳[8]

引用链接

[1] 仓库代码: https://github.com/duanbiaowu/go-examples-for-beginners/tree/master/patterns

[2] 设计模式 - 维基百科: https://zh.wikipedia.org/wiki/设计模式_(计算机)

[3]​ go-examples-for-beginners/patterns: ​​https://github.com/duanbiaowu/go-examples-for-beginners/tree/master/patterns​

[4] 圣杯与银弹 · 没用的设计模式: https://draveness.me/holy-grail-design-pattern/

[5]​ tmrts/go-patterns: ​​https://github.com/tmrts/go-patterns​

[6] DESIGN PATTERNS in GO: https://refactoring.guru/design-patterns/go

[7] 解密“设计模式”: ​​http://www.yinwang.org/blog-cn/2013/03/07/design-patterns​

[8] Go 编程模式 - 酷壳: https://coolshell.cn/articles/series/go%e7%bc%96%e7%a8%8b%e6%a8%a1%e5%bc%8f

责任编辑:武晓燕 来源: 洋芋编程
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