深入浅出Go语言核心编程

《深入浅出Go语言核心编程》是一本全面而深入的Go语言学习手册，涵盖了Go语言的诸多关键特性，包括语法结构、内存原理、并发、上下文机制与框架应用等。本书共20章。第1章引导读者快速搭建开发环境，详细介绍Go语言的环境配置及编译运行的具体细节。第2～5章详细讨论Go语言独特的变量、常量、常用数据类型和流程控制，并重点解析复杂类型的底层实现机制。第6～8章讲解Go语言的函数及如何实现面向对象编程，打通Go语言面向过程和面向对象编程之间的桥梁。第9～12章探讨Go语言的一些高级话题，包括并发、上下文、反射、泛型等。第13～15章探讨Go语言的I/O、网络编程及RPC通信等编程场景。第16～18章是Go语言的扩展话题，涵盖了内存管理、正则表达式和Go语言的汇编。第19章和第20章重点探讨了Go语言在日常开发中的典型应用，主要介绍HTTP框架Gin的使用，以及如何利用Go语言开发一个综合项目。

《深入浅出Go语言核心编程》内容丰富，由浅入深，力求带领读者探究Go语言的本质，既适合初次接触Go语言的新手，也适合有一定经验的软件开发人员阅读。

张朝明

前金山软件技术总监，曾就职于多家互联网企业，拥有近20年的软件开发和设计经验，尤其擅长Golang、Java等编程语言，著有《XML开发典型应用：数据标记、处理、共享与分析》 《21天学通Oracle》《Oracle入门很简单》等书。

李奕锋

某头部互联网公司Go研发工程师，曾任金山游戏高级软件工程师。拥有丰富的分布式、高并发、大规模微服务集群的开发设计经验，在企业应用、游戏社区等领域参与过大型Go项目设计开发工作。

甘海彬

曾先后在魅族、西山居任职高级研发工程师，现于金山办公担任研发经理，对开发企业级应用有着丰富经验。擅长语言Go、Java语言以及全栈开发，对分布式架构、高并发微服务设计有深刻理解。

深入浅出Go语言的众多关键特性，并提供大量场景示例，对于刚接触或转型Go编程的读者是一本很友好的上手指南。

涉及内容新颖而广泛，包括语法结构、面向对象、并发编辑、上下文机制、网络编程、Go汇编以及流行框架等。

不仅讲解Go语言的编程方法与开发技巧，而且力图解读Go语言的设计思想，带领读者探究Go语言的本质。

三位作者都是一线长期使用Go语言的资深开发人，他们的经验是本书质量的保证，希望各位读者能通过阅读本书收获更多。

2007年，Google的开发大师们（Google的Robert Griesemer、Rob Pike和Ken Thompson）推出了Go语言。此后，它便迅速占领了全球软件开发的前沿阵地。Go语言以其卓越性能、简洁语法和强大的并发处理能力在全球范围内赢得了无数开发者的推崇与青睐。它集合了众多现代编程语言的优点，打破了传统的编程范式，展现出了编程语言的新可能。

本书是一本全面而深入的Go语言学习手册，旨在帮助读者全面掌握Go语言——从基础知识到高级特性，从语法结构到应用实践。本书涉及的内容包括基础语法、异常处理、面向对象编程、上下文管理、反射、泛型、网络编程、I/O操作、内存管理和Go汇编等方面，形成了一个全方位、多层次的Go语言学习体系。

本书不仅深入浅出地讲解了Go语言的主要知识点，还特别探讨了Go语言的设计思想和设计者的意图。即使无法百分之百地探知设计者的思考过程和意图，但通过探讨和理解其设计哲学，我们也可以站在更高的角度审视问题，更深层次地挖掘知识的底蕴。

在学习的过程中，我们会不断发现，Go语言的设计哲学深深地体现了简洁与实用的原则，其语法结构、内存管理、并发模型等都展现出了设计者对于软件开发的深刻理解和前瞻性思考。通过对Go语言的学习，我们不仅能够掌握一门强大的编程语言，还能够更深入地理解编程的本质，更全面地把握软件开发的全貌。

8年前，当笔者从Java和C++等面向对象编程语言转向Go时，也经历了长时间的不适和挣扎。与传统的面向对象语言相比，Go语言的很多设计理念和语法结构都有着显著的不同。因此，笔者特意在本书中穿插讲解了Go语言与其他编程语言的差异，阐述了这些差异背后的设计哲学，希望能帮助读者更快地理解和接受Go语言，更顺利地完成思维的转变。

同时，笔者深知动手实践的重要性，因此，每一章的知识点都伴有实践性强、易于理解的代码示例，帮助读者将理论知识转化为实际应用能力。此外，为了方便读者的学习和实践，笔者还提供了所有示例代码的下载服务，使得学习过程更加顺畅无阻。

本书结构

本书共20章，各章内容概述如下：

?第1章快速引导读者搭建开发环境，并立即进入Go程序的编写和运行阶段。这样做的目的是让读者对Go语言有一个直接、形象的认识。基于这个初体验，我们深入探讨了Go语言的环境变量配置以及编译运行的具体细节，从而让读者更深入地了解Go语言在跨平台方面的实现机制。

?第2章聚焦于Go语言的变量和常量设计，这与其他编程语言有明显不同。例如，Go语言不允许声明变量而不使用它。本章详细解释了这些设计决策背后的逻辑，以便读者更快地适应Go语言的独特编码规范。

?第3章详细介绍Go语言的数据类型。数据类型划分为简单类型和复杂类型两大类，本章介绍了数值、字符串、布尔值和数组等简单类型，

?第4章深入剖析各种复杂数据类型的底层实现机制，以帮助读者理解Go语言在数据结构设计上的优雅和高效。

?第5章详细解读Go语言的流程控制特性。为了更清晰地呈现流程控制的本质，本章将所有流程控制语句统一归纳为“跳转”这一概念，并着重强调Go语言在语法设计上的简洁性，以避免其他编程语言中复杂的语法结构给程序员带来的困扰。

?第6章集中讨论Go语言中的函数设计。函数不仅支持面向过程的编程风格，还兼容面向对象的方法调用。本章还深入分析了Go函数中的参数和返回值的声明顺序与其他编程语言的不同之处，以及这种设计的原因，以帮助熟悉其他编程语言的读者更顺畅地转向Go语言。

?第7章着重介绍Go语言的异常处理机制。Go语言的异常可以看作一种携带消息的对象，并能自动传播。通过使用defer关键字即可保证异常情况下的代码执行，从而大大简化了异常处理流程。

?第8章深入探讨Go语言的面向对象编程特性。虽然Go语言支持面向对象编程的大部分特性，但大多数实现都以变通的方式完成。本章详细解释Go语言在面向对象编程方面与其他语言的区别，旨在使读者对这些特性有更深入的了解。

?第9章专注于Go语言的并发控制机制。Go语言天然支持协程，与多线程编程有明显不同。从线程模型出发，本章详细讲解Go语言高并发的原理和实现，同时也花费大量篇幅来讲述如何在Go语言中实现有效的并发控制。

?第10章深入探讨Go语言独特的上下文（Context）机制。Go语言中的上下文不仅用于信息传递，更关键的是，它为父子协程之间的灵活控制提供了强有力的手段。这种机制高效地解决了父子协程的协作问题，使得多线程编程更为高效和安全。

?第11章全面解析Go语言中的反射功能，这是大多数现代编程语言都具备的高级特性。通过反射，开发者能够在运行时进行动态编程，这在编写灵活且可扩展的框架代码时尤其重要。

?第12章专注于Go语言的新特性——泛型，从泛型的内在逻辑出发，深入剖析Go语言中泛型的使用方式。同时，也从向后兼容的视角探讨泛型如何影响接口概念，以便读者在更高的抽象层次上理解Go语言与其他编程语言的差异。

?第13章以字节操作、字符处理和文本分析为线索，全面阐释I/O操作的各个方面。本章特别强调了bufio.Scanner在文本解析中的应用，使读者能够对I/O操作有全面而深入的了解。

?第14章针对网络编程，深入探讨TCP和UDP这两种主要的通信协议。通过大量示例和通信流程的细致分解，不仅向读者展示了如何编写代码，更使得读者对网络通信的底层原理有更深的认识。另外，通过代码模拟，详解了常见网络错误的成因和解决策略。

?第15章以传输协议和消息格式为核心，清晰地划分了各种RPC（远程过程调用）通信方式的差异，并从源码角度出发，深入剖析Go语言内置的RPC机制。特别在主流的gRPC通信方面，本章详细说明了其使用流程和可能遇到的问题，以确保读者能够熟练地应用这一强大的工具。

?第16章聚焦于Go语言的内存管理，详细讲述内存对齐和分层管理机制。由于Go语言支持自动垃圾回收，因此本章还专门解析了垃圾回收的标记和清除策略，并与其他编程语言的策略进行了比较。

?第17章详细介绍Go语言中正则表达式的应用。每种编程语言在实现正则表达式方面都有其独特之处，本章不仅讲述了如何使用Go语言的正则表达式，还对其特性进行了全面的解析。

?第18章深入Go语言的汇编层面，旨在帮助读者更深入地理解Go的底层运行机制。本章以寄存器为中心，以Go语言和Go汇编的交互为主线，通过丰富的示例，详解程序运行时寄存器和内存分配的工作原理。

?第19章讲解常用的HTTP框架——Gin的使用，主要包括Gin框架如何处理HTTP请求和响应、如何使用路由配置和中间件等内容。

?第20章将Go语言与MVC开发模式结合起来完成一个独立项目，以便读者能够快速代入开发者角色，体会Go语言实际开发场景。

本书预备知识

操作系统：

读者应当掌握基本的操作系统，比如Windows操作系统或者macOS操作系统，能在个人计算机上熟练地安装和卸载软件，能运行计算机的命令行工具。

开发环境：

本书使用的开发环境如下：

?操作系统macOS 10.15.7。

?开发工具Goland 2022.1.2。

?MySQL 8.0。

源码下载

读者可用微信扫描下方二维码下载本书所有示例的源码。

读者对象

本书由浅入深，力求带领读者探究Go语言的本质，既适合初次接触Go语言的新手，也适合有一定经验的软件开发人员阅读。

希望本书不仅是你学习Go语言的工具书，更是你编程生涯中的良师益友。希望你在学习Go语言的道路上畅通无阻，收获满满，同时也能在Go语言的世界中找到无尽的乐趣和无限的可能，将你的编程理念和技术水平推向一个新的高度。

最后，由于水平所限，本书难免存在疏漏之处，敬请各位读者批评指正。

编 者

2023年9月29日

目 录

第1章 第一个Go程序 1

1.1 搭建开发环境 1

1.2 一个简单的Go程序 3

1.3 环境变量说明 6

1.4 在IDE中运行Go语言程序 7

1.5 Go语言如何实现跨平台 9

1.6 探寻Go语言程序的编译执行过程 11

1.7 编程范例——启动参数的使用 14

1.8 本章小结 19

第2章 变量与常量 20

2.1 变量 20

2.2 常量 26

2.3 iota与枚举 28

2.4 编程范例——iota的使用技巧 32

2.5 本章小结 34

第3章 简单数据类型 35

3.1 整型 35

3.2 浮点型 37

3.3 布尔类型 40

3.4 字符型 40

3.5 字符串类型 43

3.6 数组类型 46

3.7 编程范例——原义字符的使用 49

3.8 本章小结 50

第4章 复杂数据类型 51

4.1 值类型和指针类型 51

4.2 slice（切片）的使用及实现原理 54

4.2.11 总结切片操作的底层原理 64

4.3 map（映射）的使用及实现原理 65

4.4 channel（通道）的使用及实现原理 72

4.5 自定义结构体 76

4.6 编程范例——结构体使用实例 80

4.7 本章小结 87

第5章 流程控制 88

5.1 分支控制 88

5.2 循环控制 94

5.3 跳转控制 99

5.4 编程范例——流程控制的灵活使用 101

5.5 本章小结 106

第6章 函数 107

6.1 函数在Go语言中的地位 107

6.2 函数的定义 110

6.3 函数的管理——模块和包 115

6.4 函数的调用和执行 123

6.5 将函数作为变量使用 128

6.6 匿名函数和闭包 132

6.7 函数的强制转换 137

6.8 编程范例——闭包的使用 142

6.9 本章小结 146

第7章 异常处理 147

7.1 异常机制的意义 147

7.2 Go语言中的异常 150

7.3 异常捕获 154

7.4 异常捕获后的资源清理 159

7.5 编程范例——异常的使用及误区 163

7.6 本章小结 166

第8章 Go语言的面向对象编程 167

8.1 面向对象编程的本质 167

8.2 Go语言实现封装 168

8.3 Go语言实现继承 1718.4 Go语言实现多态 176

8.5 面向接口编程 178

8.6 编程范例——接口的典型应用 181

8.7 本章小结 184

第9章 并发 185

9.1 线程的概念 185

9.2 线程模型 187

9.3 协程的工作原理 187

9.4 Go语言中的协程同步 192

9.5 利用channel实现协程同步 199

9.6 让出时间片 204

9.7 Go语言中的单例 206

9.8 编程范例——协程池及协程中断 209

9.9 本章小结 217

第10章 上下文 218

10.1 上下文和普通参数的区别 218

10.2 上下文树 219

10.3 利用valueCtx实现信息透传 222

10.4 利用cancelCtx通知协程终止执行 224

10.5 利用timerCtx实现定时取消 230

10.6 编程范例——上下文的典型应用场景 234

10.7 本章小结 239

第11章 反射 240

11.1 反射的意义 240

11.2 反射的API 241

11.3 值信息 246

11.4 编程范例——动态方法调用 255

11.5 本章小结 258

第12章 泛型 259

12.1 泛型的意义 259

12.2 泛型应用到函数 261

12.3 泛型导致接口定义的变化 265

12.4 泛型类型应用到receiver 268

12.5 编程范例——自定义队列的实现 270

12.6 本章小结 272

第13章 I/O 273

13.1 Reader和Writer 273

13.1.1 理解Reader和Writer 273

13.1.2 Reader和Writer接口 274

13.1.3 Go语言的I/O API要解决的问题 275

13.1.4 文件读取 275

13.1.5 文件写入 278

13.1.6 文件权限与umask 281

13.1.7 一次性读写 283

13.2 缓冲区读写 284

13.3 字符串数据源 287

13.4 bufio.Scanner的使用 292

13.5 编程范例——文件系统相关操作 303

13.6 本章小结 307

第14章 网络编程 308

14.1 网络连接的本质 308

14.2 利用TCP实现网络通信 310

14.3 利用UDP实现网络通信 315

14.4 HTTP的相关操作 322

14.5 数据传输过程 334

14.6 编程范例——常见网络错误的产生及解决方案 336

14.6.1 模拟CLOSE_WAIT 336

14.7 本章小结 351

第15章 RPC通信 352

15.1 如何理解RPC通信 352

15.2 Gob格式——利用HTTP和TCP实现RPC通信 354

15.3 JSON格式——利用jsonrpc实现RPC通信 374

15.4 gRPC格式——利用gRPC实现RPC通信 376

15.5 编程范例——基于Wireshark理解RPC通信 385

15.6 本章小结 389

第 16 章 内存管理 390

16.1 内存对齐 390

16.2 内存分级管理 395

16.2.1 分级管理的本质 395

16.3 Go语言的垃圾回收 400

16.4 编程范例——unsafe包的使用 408

16.5 本章小结 415

第 17 章 Go语言中的正则表达式 416

17.1 正则表达式基础 416

17.2 Go语言中的正则表达式 418

17.3 Go语言中的正则表达式函数 421

17.4 编程范例——判断行为序列 429

17.5 本章小结 430

第 18 章 深入理解Go——Plan 9汇编 431

18.1 Go汇编简介 432

18.2 从内存角度看函数的调用过程 434

18.3 寄存器与内存布局 439

18.4 第一个Go汇编程序 445

18.5 利用Go汇编定义变量 449

18.6 利用Go汇编定义函数 457

18.7 Go汇编中的流程控制 462

18.8 重新理解多返回值 467

18.9 编程范例——理解常用寄存器 467

18.10 本章小结 471

第19章 Gin处理HTTP请求及响应 472

19.1 Gin框架简介 472

19.2 Gin框架与HTTP请求 473

19.3 Gin框架处理参数 475

19.4 Gin框架处理响应 481

19.5 Gin框架的路由处理 489

19.6 Gin框架的中间件 492

19.7 编程范例——实现登录认证 496

19.8 本章小结 499

第20章 Go语言实现MVC项目 500

20.1 项目背景 500

20.2 利用gorm生成MySQL数据表 502

20.3 实现用户注册 506

20.4 实现用户登录 510

20.5 实现用户查询 512

20.6 实现用户删除 514

20.7 本章小结 516