本文轉載自微信公眾號「洋芋編程」，作者蠻荊 。轉載本文請聯系洋芋編程公眾號。
在軟件工程中，設計模式（design pattern）是對軟件設計中普遍存在（反復出現）的各種問題，所提出的解決方案。 -- 維基百科
和傳統的 GOF, Java, C# 教科書式的 設計模式 不同，Go 語言設計從一開始就力求簡潔，有其他編程語言基礎的讀者在學習和使用 Go 語言時， 萬萬不可按圖索驥、生搬硬套，簡單的事情復雜化。
本文帶領大家一起看一下，Go 語言標準庫中自帶的 編程設計模式。
單例模式
確保一個類只有一個實例，并提供對該實例的全局訪問。
通過使用標準庫中的 sync.Once 對業務對象進行簡單封裝，即可實現 單例模式，簡單安全高效。
package main
import "sync"
var (
once sync.Once
instance Singleton
)
// Singleton 業務對象
type Singleton struct {
}
// NewInstance 單例模式方法
func NewInstance() Singleton {
once.Do(func() {
instance = Singleton{}
})
return instance
}
func main() {
// 調用方代碼
s1 := NewInstance()
s2 := NewInstance()
s3 := NewInstance()
}
Go 標準庫單例模式
簡單工廠模式
Go 語言本身沒有 構造方法 特性，工程實踐中一般使用 NewXXX 創建新的對象 (XXX 為對象名稱)，比如標準庫中的:
// errors/errors.go
func New(text string) error {
return &errorString{text}
}
// sync/cond.go
func NewCond(l Locker) *Cond {
return &Cond{L: l}
}
在這個基礎上，如果方法返回的是 interface 的時候，其實就等于是 簡單工廠模式，然后再加一層抽象的話，就接近于 抽象工廠模式。
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 根據不同的類型創建對應的解析器
func NewConfig(t ConfigType) ConfigParser {
switch t {
case JsonType:
return newJsonParser()
case YamlType:
return newYamlParser()
default:
return nil
}
}
func main() {
// 調用方代碼
jsonParser := NewConfig(JsonType)
yamlParser := NewConfig(YamlType)
}
Go 實現簡單工廠模式
對象池模式
通過回收利用對象避免獲取和釋放資源所需的昂貴成本，我們可以直接使用 sync.Pool 對象來實現功能。
package main
import (
"net/http"
"sync"
)
var (
// HTTP Request 對象池
reqPool = sync.Pool{
New: func() any {
return http.Request{}
},
}
)
func main() {
// 調用方代碼
r1 := reqPool.Get()
r2 := reqPool.Get()
r3 := reqPool.Get()
reqPool.Put(r1)
reqPool.Put(r2)
reqPool.Put(r3)
}
構建模式 (Builder)
將一個復雜對象的構建與它的表示分離，使得同樣的構建過程可以創建不同的表示。
如果用傳統的方法實現 構建模式，對應的 Go 語言代碼大致是下面這個樣子:
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 {
// 具體實現代碼跳過
return nil
}
func (m *MySQLQueryBuilder) Where(conditions ...string) QueryBuilder {
// 具體實現代碼跳過
return nil
}
func (m *MySQLQueryBuilder) GetRawSQL() string {
// 具體實現代碼跳過
return ""
}
func main() {
// 調用方代碼
m := &MySQLQueryBuilder{}
sql := m.Select("users", "username", "password").
Where("id = 100").
GetRawSQL()
println(sql)
}
Go 實現構建模式
上面的代碼中，通過經典的鏈式調用來構造出具體的 SQL 語句，但是在 Go 語言中，我們一般使用另外一種模式來實現同樣的功能 FUNCTIONAL OPTIONS， 這似乎也是 Go 語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 {
// 注意返回值類型
return func(s *SQL) {
s.Table = t
}
}
func Columns(cs ...string) Option {
// 注意返回值類型
return func(s *SQL) {
s.Columns = cs
}
}
func Where(conditions ...string) Option {
// 注意返回值類型
return func(s *SQL) {
s.Where = conditions
}
}
func NewSQL(options ...Option) *SQL {
sql := &SQL{}
for _, option := range options {
option(sql)
}
return sql
}
func main() {
// 調用方代碼
sql := NewSQL(Table("users"),
Columns("username", "password"),
Where("id = 100"),
)
println(sql)
}
Go FUNCTIONAL OPTIONS 模式
觀察者模式
在對象間定義一個一對多的聯系性，由此當一個對象改變了狀態，所有其他相關的對象會被通知并且自動刷新。
如果用傳統的方法實現 觀察者模式，對應的 Go 語言代碼大致是下面這個樣子:
package main
import "math"
// Observer 觀察者接口
type Observer interface {
OnNotify(Event)
}
// Notifier 訂閱接口
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 觀察者收到訂閱的時間回調
func (o *eventObserver) OnNotify(e Event) {
}
// Register 注冊觀察者
func (o *eventNotifier) Register(l Observer) {
o.observers[l] = struct{}{}
}
// Deregister 移除觀察者
func (o *eventNotifier) Deregister(l Observer) {
delete(o.observers, l)
}
// Notify 發出通知
func (o *eventNotifier) Notify(e Event) {
for p := range o.observers {
p.OnNotify(e)
}
}
func main() {
// 調用方代碼
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})
}
Go 實現觀察者模式
但其實我們有更簡潔的方法，直接使用標準庫中的 sync.Cond 對象，改造之后的 觀察者模式 代碼大概是這個樣子:
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() // 等待發出通知
}
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 // 設置條件變量
c.L.Unlock()
fmt.Println(name, "wakes all")
c.Broadcast() // 通知所有觀察者
}
func main() {
cond := sync.NewCond(&sync.Mutex{}) // 創建時傳入一個互斥鎖
// 3 個觀察者
go read("reader1", cond)
go read("reader2", cond)
go read("reader3", cond)
time.Sleep(time.Second) // 模擬延時
write("writer-1", cond) // 發出通知
time.Sleep(time.Second) // 模擬延時
}
Go 標準庫觀察者模式
將代碼改造為 sync.Cond 之后，代碼量更好，結構更簡潔。
ok/error 模式
在 Go 語言中，經常在一個表達式返回 2 個參數時使用這種模式:
- 第 1 個參數是一個值或者 nil
- 第 2 個參數是 true/false 或者 error
在一個需要賦值的 if 條件語句中，使用這種模式去檢測第 2 個參數值會讓代碼顯得優雅簡潔。
在函數返回時檢測錯誤
package main
func foo() (int, error){
return 0, nil
}
func main() {
if v, err := foo(); err != nil {
panic(err)
} else {
println(v)
}
}
檢測 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)
}
}
類型斷言
package main
func foo() interface{} {
return 1024
}
func main() {
n := foo()
if v, ok := n.(int); ok {
println(v)
}
}
檢測通道是否關閉
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
// 輸出如下
// 0
// 1
// 2
// 3
// 4
附加內容
閉包
有時候，我們可以利用 閉包 實現一些短小精悍的內部函數。
計數器
package main
func main() {
newSeqInc := func() func() int {
seq := 0
return func() int {
seq++
return seq
}
}
seq := newSeqInc() // 創建一個計數器
println(seq()) // 1
println(seq()) // 2
println(seq()) // 3
seq2 := newSeqInc() // 創建另一個計數器
println(seq2()) // 1
println(seq2()) // 2
println(seq2()) // 3
}
小結
下面表格列出了常用的 設計模式，其中 Go 標準庫自帶的 模式 已經用刪除線標識，讀者可以和自己常用的 設計模式 進行對比。
創建型模式 | 結構性模式 | 行為型模式 |
單例 | 適配器 | 策略 |
簡單工廠 | 裝飾者 | 觀察者 |
抽象工廠 | 代理 | 狀態 |
對象池 |
| 責任鏈 |
構建 |
|
|
長期以來，設計模式 一直處于尷尬的位置：初學者被各種概念和關系搞得不知所云，有經驗的程序員會覺得 “這種代碼寫法 (這里指設計模式)，我早就知道了啊”。 鑒于這種情況，本文中沒有涉及到的 設計模式，筆者不打算再一一描述，感興趣的讀者可以直接跳到 倉庫代碼[1] 查看示例代碼。
相比于設計模式，更重要的是理解語言本身的特性以及最佳實踐。
擴展閱讀
- Go 與面向對象
- 設計模式 - 維基百科[2]
- go-examples-for-beginners/patterns[3]
- 圣杯與銀彈 · 沒用的設計模式[4]
- tmrts/go-patterns[5]
- DESIGN PATTERNS in GO[6]
- 解密“設計模式”[7]
- Go 編程模式 - 酷殼[8]
引用鏈接
[1] 倉庫代碼: https://github.com/duanbiaowu/go-examples-for-beginners/tree/master/patterns
[2] 設計模式 - 維基百科: https://zh.wikipedia.org/wiki/設計模式_(計算機)
[3]? go-examples-for-beginners/patterns: ??https://github.com/duanbiaowu/go-examples-for-beginners/tree/master/patterns??
[4] 圣杯與銀彈 · 沒用的設計模式: 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“設計模式”: ??http://www.yinwang.org/blog-cn/2013/03/07/design-patterns??
[8] Go 編程模式 - 酷殼: https://coolshell.cn/articles/series/go%e7%bc%96%e7%a8%8b%e6%a8%a1%e5%bc%8f
