https://go.dev/doc/go1.19

Go 1.19 值得關注的改動：

1. 內存模型與原子操作 ： Go 的 內存模型（memory model） 已更新，與 C、C++、Java 等語言的 模型 對齊，以確保持續一致性。同時，sync/atomic 包引入了新的 原子類型（atomic types），如 atomic.Int64 和 atomic.Pointer[T]，簡化了原子操作并提高了類型安全性。
2. go 命令 ： 改進了構建信息的包含（-trimpath）、go generate/test 的環境一致性、go env 的輸出處理，并增強了 go list -json 的靈活性和性能，同時緩存了部分模塊加載信息以加速 go list。
3. vet 工具 ： 新增檢查，用于發現 errors.As 的第二個參數誤用 *error 類型的常見錯誤。
4. Runtime ： 引入了 軟內存限制（soft memory limit），可通過 GOMEMLIMIT 環境變量或 runtime/debug.SetMemoryLimit 函數進行設置，允許程序在接近內存上限時更有效地利用資源，并與 GOGC 協同工作。
5. 編譯器、匯編器與鏈接器 ： 編譯器通過 跳轉表（jump table） 優化了大型 switch 語句（在 amd64 和 arm64 架構下提速約 20%）；編譯器和匯編器現在強制要求 -p=importpath 標志來構建可鏈接的對象文件；鏈接器在 ELF 平臺使用標準的壓縮 DWARF 格式。

下面是一些值得展開的討論：

Go 1.19 修訂內存模型并引入新的原子類型

Go 1.19 對其內存模型進行了修訂，主要目標是與 C, C++, Java, JavaScript, Rust, 和 Swift 等主流語言使用的內存模型保持一致。需要注意的是，Go 僅提供 順序一致（sequentially consistent） 的原子操作，而不支持其他語言中可能存在的更寬松的內存排序形式。

伴隨著內存模型的更新，sync/atomic 包引入了一系列新的原子類型，包括 atomic.Bool, atomic.Int32, atomic.Int64, atomic.Uint32, atomic.Uint64, atomic.Uintptr, 和 atomic.Pointer[T]。

這些新類型的主要優勢在于：

1. 類型安全 ：它們封裝了底層的值，強制所有訪問都必須通過原子 API 進行，避免了意外的非原子讀寫操作。
2. 簡化指針操作 ：atomic.Pointer[T] 泛型類型避免了在調用點將指針轉換為 unsafe.Pointer 的需要，使得代碼更清晰、更安全。
3. 自動對齊 ：atomic.Int64 和 atomic.Uint64 類型在結構體中或分配內存時，即使在 32 位系統上也會自動保證 64 位對齊。這對于保證原子操作的正確性至關重要。

舊方式（Go 1.18 及之前）

通常需要直接使用 sync/atomic 包提供的函數，并對基本類型進行操作。例如，對一個共享的 int64 變量進行原子更新：

package main

import (
    "fmt"
    "sync"
    "sync/atomic"
)

func main() {
    var counter int64
    var wg sync.WaitGroup

    // 啟動多個 goroutine 并發增加 counter
    for i := 0; i < 100; i++ {
        wg.Add(1)
        go func() {
            defer wg.Done()
            // 使用 atomic 函數進行原子增操作
            atomic.AddInt64(&counter, 1)
        }()
    }

    wg.Wait()

    // 使用 atomic 函數進行原子讀操作
    finalValue := atomic.LoadInt64(&counter)
    fmt.Println("Final counter:", finalValue) // 輸出: Final counter: 100
}

對于指針類型，之前可能需要 atomic.Value 或者結合 unsafe.Pointer 使用 atomic.LoadPointer/StorePointer。

新方式（Go 1.19 及之后）

使用新的原子類型，代碼更簡潔，類型約束更強。

package main

import (
    "fmt"
    "sync"
    "sync/atomic"
)

func main() {
    // 使用新的 atomic.Int64 類型
    var counter atomic.Int64
    var wg sync.WaitGroup

    // 啟動多個 goroutine 并發增加 counter
    for i := 0; i < 100; i++ {
        wg.Add(1)
        go func() {
            defer wg.Done()
            // 直接調用類型的方法進行原子增操作
            counter.Add(1)
        }()
    }

    wg.Wait()

    // 直接調用類型的方法進行原子讀操作
    finalValue := counter.Load()
    fmt.Println("Final counter:", finalValue) // 輸出: Final counter: 100
}

對于指針，atomic.Pointer[T] 提供了類型安全的原子讀寫能力：

package main

import (
    "fmt"
    "sync/atomic"
)

type Config struct {
    Version string
    Data    map[string]string
}

func main() {
    var currentConfig atomic.Pointer[Config]

    // 初始化配置
    initialConfig := &Config{Version: "v1", Data: map[string]string{"key": "value1"}}
    currentConfig.Store(initialConfig)

    // 讀取配置
    cfg1 := currentConfig.Load()
    fmt.Printf("Config v%s: %v\n", cfg1.Version, cfg1.Data)

    // 原子地更新配置
    newConfig := &Config{Version: "v2", Data: map[string]string{"key": "value2", "new": "added"}}
    currentConfig.Store(newConfig)

    cfg2 := currentConfig.Load()
    fmt.Printf("Config v%s: %v\n", cfg2.Version, cfg2.Data)
}

Config vv1: map[key:value1]
Config vv2: map[key:value2 new:added]

這種方式相比舊的 atomic.Value 或 unsafe.Pointer 操作，類型更安全，意圖更明確。

go 命令的改進

Go 1.19 對 go 命令進行了多項增強和調整，主要涉及構建過程、環境設置、信息查詢等方面。

• -trimpath 標志信息嵌入 ：如果在 go build 時設置了 -trimpath 標志（用于從編譯出的二進制文件中移除本地構建路徑信息），這個設置現在會被記錄在二進制文件的構建信息中。可以通過 go version -m <binary> 或 debug.ReadBuildInfo 來查看。

# 編譯時加入 -trimpath
go build -trimpath -o myapp main.go

# 查看二進制文件的構建信息
go version -m ./myapp
# 輸出會包含類似 build -trimpath=true 的信息

• go generate 明確設置 GOROOT ：現在 go generate 會在其執行子進程的環境變量中明確設置 GOROOT。這確保了即使代碼生成器本身是使用 -trimpath 構建的（可能導致其無法自動找到 GOROOT），它也能定位到正確的 Go 安裝根目錄。
• go test 和 go generate 的 PATH 調整 ：這兩個命令現在會將 $GOROOT/bin 放在子進程 PATH 環境變量的開頭。這樣做可以保證當測試代碼或代碼生成器需要執行 go 命令時，它們會調用到與父進程相同版本的 go 工具鏈，避免潛在的版本沖突。
• go env 輸出的空格處理 ：對于包含空格的環境變量值（如 CGO_CFLAGS, CGO_CPPFLAGS, CGO_CXXFLAGS, CGO_FFLAGS, CGO_LDFLAGS, GOGCCFLAGS），go env 現在會在輸出時給它們加上引號，使得輸出結果更易于被腳本等其他工具解析。
• go list -json 支持字段選擇 ：go list -json 命令現在可以接受一個逗號分隔的字段列表，用于指定需要輸出的 JSON 字段。如果指定了列表，go list 只會計算和輸出這些字段，這在某些情況下可以顯著提高性能，因為它避免了計算不需要的字段。這也可能抑制某些只在計算未請求字段時才會出現的錯誤。

# 僅獲取當前模塊的導入路徑和直接依賴
go list -json=ImportPath,Deps .

• go list 模塊加載緩存 ：go 命令現在會緩存加載某些模塊所需的信息，這有望加速部分 go list 命令的調用。

vet 工具新增 errors.As 使用檢查

vet 工具的 errorsas 檢查器現在增加了一項功能：檢測 errors.As 函數的第二個參數是否被錯誤地傳遞了 *error 類型。這是一個常見的錯誤。

errors.As 函數用于檢查錯誤鏈中是否存在特定類型的錯誤，并將其賦值給一個變量。其簽名如下：

func As(err error, target interface{}) bool

正確的用法是，target 參數必須是一個指向 具體錯誤類型 的指針，或者是一個指向實現了 error 接口的任意類型的指針。errors.As 會遍歷 err 的錯誤鏈，如果找到一個錯誤可以賦值給 target 指向的變量，就進行賦值并返回 true。

常見的錯誤用法

開發者有時可能會錯誤地傳遞一個 *error （指向 error 接口的指針）給 target：

package main

import (
    "errors"
    "fmt"
    "os"
)

func main() {
    // 示例錯誤，包裝了 *os.PathError
    err := fmt.Errorf("wrapping a file error: %w", &os.PathError{Op: "open", Path: "/no/such/file", Err: errors.New("file not found")})

    var genericErr error // 聲明一個 error 接口類型的變量
    // 錯誤用法：將 *error 類型的指針傳遞給 errors.As
    // 這幾乎永遠不是你想要的，因為它只會檢查錯誤鏈中是否有某個值可以賦給一個 error 接口
    // 這通常沒有意義，因為鏈中的任何錯誤都可以賦值給 error 接口
    if errors.As(err, &genericErr) {
        // 這段代碼幾乎總會執行 (只要 err != nil)，但 genericErr 會被賦值為鏈中的第一個錯誤
        // 這并不是 errors.As 的設計意圖
        fmt.Printf("Found an error (incorrectly): %v\n", genericErr)
    } else {
        fmt.Println("No error found (incorrectly)")
    }
}

piperliu@go-x86:~/code/playground$ go run main.go 
Found an error (incorrectly): wrapping a file error: open /no/such/file: file not found
piperliu@go-x86:~/code/playground$ go vet main.go 
# command-line-arguments
./main.go:17:8: second argument to errors.As should not be *error

Go 1.19 的 vet 會對上述錯誤用法發出警告。

正確的用法

應該傳遞一個指向 具體錯誤類型 變量的指針。

package main

import (
    "errors"
    "fmt"
    "os"
)

func main() {
    // 示例錯誤，包裝了 *os.PathError
    err := fmt.Errorf("wrapping a file error: %w", &os.PathError{Op: "open", Path: "/no/such/file", Err: errors.New("file not found")})

    var pathErr *os.PathError // 聲明一個具體錯誤類型的指針變量
    // 正確用法：傳遞 *os.PathError 類型的指針
    if errors.As(err, &pathErr) {
        // 如果錯誤鏈中存在 *os.PathError 類型的錯誤，pathErr 會被賦值
        fmt.Printf("Successfully found PathError: Op=%s, Path=%s\n", pathErr.Op, pathErr.Path)
    } else {
        fmt.Println("PathError not found in chain")
    }
}

go run main.go 
Successfully found PathError: Op=open, Path=/no/such/file
piperliu@go-x86:~/code/playground$ go vet main.go

這個新的 vet 檢查有助于開發者及早發現并修正這種對 errors.As 的誤用。

Runtime 的軟內存限制及其他改進

Go 1.19 在 Runtime 層面引入了重要的 軟內存限制（soft memory limit） 功能，并包含其他多項優化。

軟內存限制

• 目的 ：提供一種機制來限制 Go 程序使用的總內存量，以提高在容器化環境等資源受限場景下的資源利用率。
• 范圍 ：這個限制覆蓋 Go 堆（heap）以及所有由 Runtime 管理的內存（例如 goroutine 棧、GC 元數據等）。它 不包括 程序二進制文件本身的內存映射、其他語言（如 C）管理的內存，以及操作系統為 Go 程序保留的內存（如某些內核緩沖區）。
• 配置 ：可以通過設置 GOMEMLIMIT 環境變量（例如 GOMEMLIMIT=1024MiB）或在代碼中調用 runtime/debug.SetMemoryLimit(limit int64) 來管理。
• 與 GOGC 的關系 ：軟內存限制與 GOGC（或 runtime/debug.SetGCPercent）協同工作。即使設置 GOGC=off，只要設置了 GOMEMLIMIT，Runtime 仍然會嘗試遵守這個內存限制，通過更頻繁地觸發 GC 來控制內存增長。這使得程序能夠始終最大限度地利用其被分配的內存限額。
• GC CPU 限制器 ：當程序的活動堆大小接近軟內存限制時，為了防止 GC 過于頻繁（稱為 GC 抖動/thrashing）而嚴重影響程序性能，Runtime 會嘗試將 GC 的 CPU 利用率限制在 50% 以內（不包括空閑時間）。這意味著 Runtime 寧愿稍微超出內存限制，也不愿完全阻止應用程序的進展。可以通過新的 運行指標（runtime metric） /gc/limiter/last-enabled:gc-cycle 查看該限制器最后一次生效的 GC 周期。
• 穩定性與限制 ：對于較大的內存限制（數百 MB 或更多），該功能是穩定且生產就緒的。但對于非常小的限制（幾十 MB 或更少），由于外部延遲因素（如操作系統調度）的影響，限制可能不那么精確（詳見 issue 52433）。

其他 Runtime 改進

• 空閑狀態下的 GC 工作線程 ：當應用程序足夠空閑以至于觸發周期性 GC 時，Runtime 現在會調度更少的 GC 工作 goroutine 在空閑的操作系統線程上運行，以減少不必要的資源消耗。
• 初始 Goroutine 棧大小 ：Runtime 現在會根據 goroutine 歷史平均棧使用量來分配初始棧大小。這旨在減少平均情況下早期棧增長和復制的開銷，代價是對于棧使用量遠低于平均值的 goroutine 可能會浪費最多 2 倍的空間。
• Unix 文件描述符限制（RLIMIT_NOFILE） ：在 Unix 操作系統上，導入了 os 包的 Go 程序現在會自動將進程的打開文件描述符軟限制（soft limit）提高到硬限制（hard limit）允許的最大值。這是為了解決某些系統上為了兼容舊的 C 程序（使用 select 系統調用）而設置的過低的人為限制。Go 程序（尤其是并發處理大量文件時，如 gofmt）經常因此耗盡文件描述符。此更改的一個潛在影響是，如果 Go 程序再啟動舊的 C 程序作為子進程，這些子進程可能會以過高的文件描述符限制運行。這可以通過在啟動 Go 程序之前設置較低的硬限制來解決。
• 簡化不可恢復錯誤的回溯信息 ：對于不可恢復的致命錯誤（如并發 map 寫入、解鎖未鎖定的互斥鎖），現在默認打印更簡潔的回溯信息，不包含 Runtime 的元數據（類似于 panic 的致命錯誤）。除非設置了 GOTRACEBACK=system 或 crash，才會打印包含完整元數據的詳細回溯信息。Runtime 內部的致命錯誤總是包含完整元數據。
• 調試器注入函數調用（ARM64） ：在 ARM64 架構上增加了對調試器注入函數調用的支持。這使得開發者在使用支持此功能的更新版調試器時，可以在交互式調試會話中調用程序中的函數。
• 地址消毒器（Address Sanitizer）改進 ：Go 1.18 中引入的 地址消毒器（address sanitizer） 支持現在能更精確地處理函數參數和全局變量。

編譯器、匯編器與鏈接器的更新

Go 1.19 在構建工具鏈的底層組件方面也有一些重要的變化。

編譯器 (Compiler)

• 大型 switch 語句優化 ：編譯器現在使用 跳轉表（jump table） 來實現包含大量 case 的整數和字符串 switch 語句。這可以帶來顯著的性能提升，根據具體情況，速度可能提高約 20%。此優化目前僅適用于 GOARCH=amd64 和 GOARCH=arm64 架構。

例如，一個有許多字符串 case 的 switch：

func handleCommand(cmd string) {
    switch cmd {
    case "START":
        // ...
    case "STOP":
        // ...
    case "RESTART":
        // ...
    // ... 很多其他 case ...
    case "STATUS":
        // ...
    default:
        // ...
    }
}

在 Go 1.19 中，如果這個 switch 足夠大，編譯器（在支持的架構上）會生成更高效的跳轉表代碼，而不是一系列的比較和跳轉。

• 強制要求 -p=importpath 標志 ：Go 編譯器現在要求必須提供 -p=importpath 標志才能構建一個可鏈接的對象文件 (.o 文件)。go build 命令和 Bazel 構建系統已經會自動提供這個標志。如果你有自定義的構建系統直接調用 Go 編譯器（compile），你需要確保傳遞了這個標志。importpath 通常是包的導入路徑。
• 移除 -importmap 標志 ：Go 編譯器不再接受 -importmap 標志。直接調用編譯器的構建系統必須改為使用 -importcfg 標志來提供導入路徑到實際文件路徑的映射。go build 會自動處理這個。

匯編器 (Assembler)

• 強制要求 -p=importpath 標志 ：與編譯器類似，Go 匯編器（asm）現在也要求必須提供 -p=importpath 標志才能構建可鏈接的對象文件。同樣，go build 會處理好，但直接調用匯編器的系統需要自行添加。

鏈接器 (Linker)

• ELF 平臺使用標準壓縮 DWARF 格式 ：在 ELF 格式的目標平臺（如 Linux）上，鏈接器現在默認使用標準的 gABI 格式（SHF_COMPRESSED）來壓縮 DWARF 調試信息段，取代了之前使用的非標準的 .zdebug 格式。這有助于提高與其他工具鏈（如 GDB、objdump 等）的兼容性。

這些改變主要影響性能（switch 優化）、構建系統的維護者（需要調整對編譯器/匯編器的直接調用）以及調試信息格式的標準化。對于大多數使用 go build 的開發者來說，后兩項更改是透明的。