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• 所屬專欄: Go語言核心編程
• 近期目標：寫好專欄的每一篇文章

一、Go語言的誕生

Go 語言從 2009 年 9 月 21 日開始作為谷歌公司 20% 兼職項目，即相關(guān)員工利用 20% 的空余時間來參與 Go 語言的研發(fā)工作。

谷歌的“20%時間”工作方式，允許工程師拿出20%的時間來研究自己喜歡的項目。語音服務(wù)Google Now、谷歌新聞Google News、谷歌地圖Google Map上的交通信息等，全都是20%時間的產(chǎn)物。

該項目的三位領(lǐng)導(dǎo)者均是著名的 IT 工程師：

• Robert Griesemer，參與開發(fā) Java HotSpot 虛擬機；
• Rob Pike，Go 語言項目總負責(zé)人，貝爾實驗室 Unix 團隊成員，參與的項目包括 Plan 9，Inferno 操作系統(tǒng)和 Limbo 編程語言；
• Ken Thompson，貝爾實驗室 Unix 團隊成員，C 語言、Unix 和 Plan 9 的創(chuàng)始人之一，與 Rob Pike 共同開發(fā)了 UTF-8 字符集規(guī)范。

二、Why?——為什么需要Go

存在即合理，新事物的產(chǎn)生有它的道理

在了解為什么我們需要Go之前，我們先了解現(xiàn)有語言可以大致分為兩大類：

2.1：靜態(tài)類型語言、動態(tài)類型語言

首先，語言根據(jù)靜態(tài)和動態(tài)類型分為以下兩類分為以下兩類：

• 靜態(tài)類型語言(Statically Typed Language（強類型語言,編譯語言）
  • ??簡介 ：在程序編譯時變量的數(shù)據(jù)類型就被確定。且大多數(shù)靜態(tài)語言在編寫代碼時，都要求聲明變量的數(shù)據(jù)類型
  • ??特性 ：將所有代碼編譯(compile)完成，生成可執(zhí)行文件，再執(zhí)行。
  • ??優(yōu)點 ：高效： 運行速度快，便于調(diào)試，類型安全，結(jié)構(gòu)規(guī)范
  • ??缺點 ：每次改動都需要重新編譯，開發(fā)和學(xué)習(xí)效率低
  • ??代表語言 ：C，C++，Java(半編譯，半解釋），Pascal

???????總結(jié)：靜態(tài)類型語言，如C++，執(zhí)行效率高，但編譯、學(xué)習(xí)、開發(fā)效率低

• 動態(tài)語言（弱類型語言
  • ??簡介 ：程序在運行的時候可以改變其結(jié)構(gòu)：新的函數(shù)可以被引進，已有的函數(shù)可以被刪除等在結(jié)構(gòu)上的變化，判斷變量的類型是在程序運行的時候完成的
  • ??特性： 變量聲明時無需指定類型，會在該變量第一次將數(shù)據(jù)賦給該變量時，在內(nèi)部記下該數(shù)據(jù)類型。將代碼按行解釋(launch)并允許。
  • ??優(yōu)點： 代碼簡潔（不需要寫非常多的類型相關(guān)的代碼）、可以把更多精力放在業(yè)務(wù)邏輯的處理上（完成相同邏輯的程序，使用ruby或者Python類動態(tài)語言所需要的代碼量只有Java實現(xiàn)版本的1/10,相比C/C++差距更大）、更加靈活、易于開發(fā)、學(xué)習(xí)、當有改動時無需重新編譯，直接解釋運行
  • ??缺點 ：不方便調(diào)試，命名不規(guī)范導(dǎo)致可讀性差、運行速度慢
  • ??代表語言 ：PHP、Python、JavaScript

???????總結(jié)：學(xué)習(xí)、開發(fā)效率高，執(zhí)行效率低

補充：之前學(xué)習(xí)Java的時候，有一個概念是多態(tài)，其實本質(zhì)就是一個變量的不同形態(tài)（類型），像靜態(tài)語言，不能給變量賦予不同類型的值，需要采?。豪^承、接口等方式實現(xiàn)多態(tài)。而動態(tài)語言采用dynamic typing，就是說變量在運行期間是可變的，意味著對象的多態(tài)性是與生俱來的

2.2：Go——平衡語言差別

根據(jù)上面分析，

• 傳統(tǒng)語言如靜態(tài)語言C++，學(xué)習(xí)和開發(fā)效率低（命名規(guī)范等等，需要花很多時間取學(xué)習(xí)，才能上手一個程序來寫個程序?qū)崿F(xiàn)某個功能），同時編譯花費時間長，編譯效率低（編寫——>編譯——>運行這個完成這個鏈條的周期較長）
• 動態(tài)語言，比如Python，沒有強類型的約束，很多問題在程序運行起來才發(fā)現(xiàn)，雖然編寫——>運行，節(jié)省了靜態(tài)語言編譯效率低的問題，但是這種類型相關(guān)的低級錯誤，應(yīng)該交給編譯器來發(fā)現(xiàn)

總之，簡單來說，在Go之前，沒有語言可以兼顧執(zhí)行效率、開發(fā)效率

當然，這只是Go誕生的其中一點

下面列舉Goggle公司創(chuàng)造Go語言的原因：

2.3：為什么Google創(chuàng)造了Go

• 硬件技術(shù)更新快，機器性能大幅提高。目前主流的編程語言落后與硬件,不能合理利用多核多CPU的優(yōu)勢提高軟件性能
• 現(xiàn)有編程語言：風(fēng)格不統(tǒng)一、技術(shù)能力不夠、處理大并發(fā)不夠好。且軟件系統(tǒng)復(fù)雜度高，數(shù)以萬計的代碼，維護成本高，需要足夠簡潔高效的編程語言，提高開發(fā)效率，降低運維成本
• c/c++項目，雖然運行速度快，但編譯速度慢，且存在內(nèi)存泄漏的問題。
• 部署平臺各式各樣，交叉編譯難
• 在執(zhí)行效率、開發(fā)效率上達到平衡

?????♀?為了解決以上問題，Goggle公司就自己造了個輪子——GO

三、Go的優(yōu)點

??Go的主要優(yōu)點

• 編譯速度快
• 執(zhí)行速度快
• 內(nèi)存管理
• 并發(fā)編程（多核CPU

3.1：Go編譯快的原因

??Go的編譯器：
最初設(shè)計團隊的想法是實現(xiàn)Go語言編譯的前端，是基于C的gcc的編譯器來編譯成機器代碼。這個前端編譯器是目前Go的編譯器之一：gccGo

• 上面一行是“編譯器前端”組成部分
• 下面一行是“優(yōu)化”+“編譯器后端”組成部分
  

在Go的1.5中，Go團隊使用Go編寫了Go的編譯器（叫作自舉），對比與gccgo:1,提高了編譯速度，雖然執(zhí)行速度略有下降；3，增加可編譯平臺

???????C++為什么慢？
C++是也可以用gcc編譯器編譯的，所以從編譯器角度來說，應(yīng)該不是編譯器使Go更快。很大程度是是Go語言的設(shè)計本身

?注意：這里我們比較編譯速度都是比較的靜態(tài)編譯速度

?? Go語言·默認·編譯方式是·靜態(tài)編譯·不依賴任何動態(tài)鏈接庫，可以避免各種動態(tài)鏈接庫依賴的問題；編譯好后，只要平臺是一致的(linux amd64)，就可以任意部署，完全不用考慮鏈接庫依賴問題；

?????♂?靜態(tài)編譯&動態(tài)編譯：

• ??靜態(tài)編譯

  • 簡介: 編譯器在編譯可執(zhí)行文件時，會把該文件中使用到的鏈接庫提取出來，鏈接打包進可執(zhí)行文件中。編譯之后的結(jié)果只生成一個可執(zhí)行文件。

  • 優(yōu)點:不需要管理不同版本庫的兼容問題

• ??動態(tài)編譯

  • 簡介: 可執(zhí)行文件需要附帶獨立的庫文件，不打包庫到可執(zhí)行文件中，減少可執(zhí)行文件體積，編譯完成，程序執(zhí)行時，執(zhí)行到了，再從庫里面調(diào)用。
  • 優(yōu)點:減少內(nèi)存和存儲占用（不同程序共享一個庫）

將外部代碼嵌入到當前生成的可執(zhí)行文件中的就是靜態(tài)編譯，以跳轉(zhuǎn)的方式引用外部代碼的就是動態(tài)編譯

在說回C++為什么慢？

• include頭文件
• 模板編譯

關(guān)于模板編譯：首先，C++的模板使用，是為了支持泛型編程（這篇文章說的很清楚，這里就不重復(fù)造輪子了）?？梢钥吹?。編寫不同類型的泛型函數(shù)，對于編碼者來說，確實很方便，但是從那篇文章中，也有可能給編譯器增加不必要的編譯負擔(dān)：1，代碼膨脹，導(dǎo)致編譯時間變長，2，容易出現(xiàn)模板編譯錯誤，且錯誤信息不易定位

?????♂?優(yōu)化：

• 基于C/C++慢的第一個引入頭文件的問題，后生的語言大部分采用import module代替include 頭文件的方式——Go采用的也是import module方式（下面是基于C的幾種引入頭文件的對比）

  • #include:　 include做的事情其實就是簡單的復(fù)制粘貼，將目標.h文件中的內(nèi)容一字不落地拷貝到當前文件中，并替換掉這句include。
  • #import:實質(zhì)上做的事情和#include是一樣的，只不過OC為了避免重復(fù)引用可能帶來的編譯錯誤（這種情況在引用關(guān)系復(fù)雜的時候很可能發(fā)生，比如B和C都引用了A，D又同時引用了B和C，這樣A中定義的東西就在D中被定義了兩次，重復(fù)了），而加入了#import，從而保證每個頭文件只會被引用一次。
    如果想深究，import的實現(xiàn)是通過#ifndef一個標志進行判斷，然后在引入后#define這個標志，來避免重復(fù)引用的
  • PCH（PreCompiled Header）: 實質(zhì)上import也還是拷貝粘貼，這樣就帶來一個問題：當引用關(guān)系很復(fù)雜，或者一個頭文件被非常多的實現(xiàn)文件引用時，編譯時引用所占的代碼量就會大幅上升（因為被引用的頭文件在各個地方都被copy了一遍）。
    　　為了解決這個問題，C系語言引入了預(yù)編譯頭文件（PreCompiled Header），將公用的頭文件放入預(yù)編譯頭文件中預(yù)先進行編譯，然后在真正編譯工程時再將預(yù)先編譯好的產(chǎn)物加入到所有待編譯的Source中去，來加快編譯速度。
  • import Modules: 理論上說，想要提高編譯速度，可以把所有頭文件引用都放到pch中。但是這樣面臨的問題是在工程中隨處可用本來不應(yīng)該能訪問的東西，而編譯器也無法準確給出錯誤或者警告，無形中增加了出錯的可能性。Modules相當于將框架進行了封裝，然后加入在實際編譯之時加入了一個用來存放已編譯添加過的Modules列表。如果在編譯的文件中引用到某個Modules的話，將首先在這個列表內(nèi)查找，找到的話說明已經(jīng)被加載過則直接使用已有的，如果沒有找到，則把引用的頭文件編譯后加入到這個表中。這樣被引用到的Modules只會被編譯一次，但是在開發(fā)時又不會被意外使用到，從而同時解決了編譯時間和引用泛濫兩方面的問題。

• 基于第二個問題，Go根本沒有將泛型編程納入設(shè)計框架，根本不存在模板編譯帶來的開銷。（不過Go1.18中已經(jīng)支持泛型了）

3.1.2?????總結(jié)

Go編譯速度快的幾個原因

• 使用import引用管理方式
• 沒有模板編譯負擔(dān)
• 1.5版本后編譯器的優(yōu)化
• 語言本身關(guān)鍵字很少

3.2：Go的性能

Go的執(zhí)行速度，可以參考一個語言性能測試數(shù)據(jù)網(wǎng)站?? he Computer Language Benchmarks Game。

• Go的性能接近C++
• 算法時間花銷和Java接近，但內(nèi)存花銷遠低于Java
• 和python 對比，時間和內(nèi)存開銷都優(yōu)秀

3.3：并發(fā)編程

上面我們提到，硬件技術(shù)更新快，機器性能大幅提高（eg:多核CPU）。Go語言設(shè)計其實初衷也是為了追平編程語言和硬件之間的差距。Go很多特性都是為了并發(fā)而生（一些語言也支持并發(fā)，但是是一些后期庫支持并發(fā)和第三方庫支持并發(fā)，這和Go天生并發(fā)的設(shè)計是不同的）

• Go的并發(fā)量可以比大部分語言里普通的線程實現(xiàn)要

  這受益于輕量級的Goroutine，輕量化主要是它所占用的空間要小得多，例如64位環(huán)境下的JVM，它會默認固定為每個線程分配1MB的線程?？臻g，而Goroutines大概只有4-8KB，之后再按需分配。足夠輕量化的線程在相同的內(nèi)存下也就可以有更高并發(fā)量（服務(wù)器CPU還沒有飽和的情況下），同時也可以減少很多上下文切換的時間開銷。但是如果你的每個線程占用空間都非常大時（比如10MB，當然這是非常規(guī)需求的情況下），Go的輕量化優(yōu)勢就沒有那么明顯了。

• 語言設(shè)計上支持了并發(fā)

3.3:垃圾回收（GC）

垃圾回收（英語：Garbage Collection，縮寫為GC），在計算機科學(xué)中是一種自動的存儲器管理機制。當一個計算機上的動態(tài)存儲器不再需要時，就應(yīng)該予以釋放，以讓出存儲器，這種存儲器資源管理，稱為垃圾回收。垃圾回收器可以讓程序員減輕許多負擔(dān)，也減少程序員犯錯的機會

在使用Go或者其他有垃圾回收機制的語言（如Java），無需像C/C++一樣進行手動釋放內(nèi)存空間（free()/delete)

• 優(yōu)點：方便
• 限制：
  • 暗箱操作的不透明性
  • GC處理的性能開銷
  • 對于性能要求高的場景，需要進行主動釋放和優(yōu)化（eg:自定義內(nèi)存池）

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