源码学啥子嘛？接口、组合
2014 年 8 月 10 日
大家好，我叫谢伟，是一名程序员。
今天的主题：面向接口、组合编程。
作为程序员，都希望编写通用、可扩展的代码，通常这些知识靠的都是依靠设计模式进行指导开发。比如说面向对象的特性：封装、抽象、多态、继承。
要编写更通用的代码，一方面需要靠足够时间砸出来，一方面也需要自己实践摸索。编写代码过程中要时刻在脑中形成清单：
- 编写可读的代码
- 编写符合设计模式的代码
在 Go 中如何编写更通用的代码？
一是接口，二是组合。
Go 中没有继承的概念，摒除了”继承“可能导致层级过多的弊端，转而推荐使用组合的形式，达到”继承“的效果。
举个简单的示例：
type Languager interface {
Can(string) string
}
type Someone struct {
Language string
}
func (s Someone) Can(name string) string {
return fmt.Sprintf("%s can program with %s", name, s.Language)
}
func Program(L Languager, name string) {
log.Println(L.Can(name))
}
func main() {
b := Someone{Language: "go"}
Program(b, "谢谢")
}
>>2019/12/26 11:10:55 谢谢 can program with go
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定义了一个接口：Languager 具备 Can 这个方法， Someone 结构体存在 Can 这个方法（参数、返回值一致），我们就说：Someone 实现了 Languager 接口。
接口是一系列“协议”的组合，描述其具备的抽象的能力，具体的实现依靠的是结构体具体的方法。
type OtherOne struct {
Speaker string
}
func (o OtherOne) Can(name string) string {
return fmt.Sprintf("%s can speake %s", name, o.Speaker)
}
func main(){
b := Someone{Language: "go"}
Program(b, "谢谢")
o := OtherOne{Speaker: "English"}
Program(o, "不客气")
}
>>2019/12/26 11:24:39 谢谢 can program with go
>>2019/12/26 11:24:39 不客气 can speake English
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Someone 真实的方法(Can)是描述在”编程”层面的，OtherOne 真实的方法(Can)是描述其在”语言”层面的。但都是一种能力的描述，两者都实现了 Languager 接口。
聚焦在“编程”层面的示例，编程语言有多种，那么你觉得是设计比较全而统一的接口好？还是设计职责单一的接口好？
选择职责单一的设计方法
有句话怎么说的来着？什么都想要，什么都得不到。
type Gopher interface {
Program(string) string
}
type Student struct {
Name string
}
func (S Student) Program(language string) string {
return fmt.Sprintf("%s 会写 %s，叫他 Gopher。", S.Name, language)
}
func Go(body Gopher) {
log.Println(body.Program("Go"))
}
type PHPer interface {
Do(string) string
}
type Teacher struct {
Name string
}
func (T Teacher) Do(language string) string {
return fmt.Sprintf("%s 会教 %s，叫他 PHPer。", T.Name, language)
}
func Php(body PHPer) {
log.Println(body.Do("Php"))
}
type Pythoner interface {
Run(string) string
}
type Roommate struct {
Name string
}
func (R Roommate) Run(language string) string {
return fmt.Sprintf("%s 会学 %s，叫她 Pythoner。", R.Name, language)
}
func Python(body Pythoner) {
log.Println(body.Run("Python"))
}
func main(){
s := Student{Name: "谢小路"}
t := Teacher{Name: "谢小人"}
r := Roommate{Name: "谢小甲"}
Go(s)
Php(t)
Python(r)
}
>>2019/12/26 12:19:36 谢小路 会写 Go，叫他 Gopher。
>>2019/12/26 12:19:36 谢小人 会教 Php，叫他 PHPer。
>>2019/12/26 12:19:36 谢小甲 会学 Python，叫她 Pythoner。
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多种能力的组合：
type Gopher interface {
Program(string) string
}
type Student struct {
Name string
}
func (S Student) Program(language string) string {
return fmt.Sprintf("%s 会写 %s，叫他 Gopher。", S.Name, language)
}
func (S Student) Run(language string) string {
return fmt.Sprintf("%s 也会写 %s", S.Name, language)
}
func Go(body Gopher) {
log.Println(body.Program("Go"))
}
type PHPer interface {
Do(string) string
}
type Teacher struct {
Name string
}
func (T Teacher) Do(language string) string {
return fmt.Sprintf("%s 会教 %s，叫他 PHPer。", T.Name, language)
}
func Php(body PHPer) {
log.Println(body.Do("Php"))
}
type Pythoner interface {
Run(string) string
}
type Roommate struct {
Name string
}
func (R Roommate) Run(language string) string {
return fmt.Sprintf("%s 会学 %s，叫她 Pythoner。", R.Name, language)
}
func Python(body Pythoner) {
log.Println(body.Run("Python"))
}
type AwesomeDeveloper interface {
Gopher
Pythoner
}
func Development(a AwesomeDeveloper) {
log.Println(a.Program("go"))
log.Println(a.Run("python"))
}
func main(）{
s := Student{Name: "谢小路"}
t := Teacher{Name: "谢小人"}
r := Roommate{Name: "谢小甲"}
Go(s)
Php(t)
Python(r)
Development(s)
}
>>2019/12/26 12:24:31 谢小路 会写 Go，叫他 Gopher。
>>2019/12/26 12:24:31 谢小人 会教 Php，叫他 PHPer。
>>2019/12/26 12:24:31 谢小甲 会学 Python，叫她 Pythoner。
>>2019/12/26 12:24:31 谢小路 会写 go，叫他 Gopher。
>>2019/12/26 12:24:31 谢小路 也会写 python
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单一职责的设计方法，可以进行组合，创造出更多的“能力”，比如会两种及以上的编程语言，示例中 AwesomeDeveloper.
可以看出： 接口是一堆协议，描述其能力，不实现，接口可以被多个结构体实现，同一个结构体也可以实现多个接口。
内置库中可以看到诸多的使用接口的示例，比如 io 库，定义：Reader、Writer、Closer、Seeker…，具体的实现散布在各种库中。
这种做法有什么好处？分层（或者说是隔离）。
- 上游层和下游层通过接口进行关联，但两层之间没有相互依赖
- 上游层使用接口描述，稳定，不会轻易改动
- 下游层侧重实现，需求变更，更改对应的实现即可
这么说，有点抽象，找个具体的例子： go-elasticsearch
大家都知道 elasticsearch 是开源的搜索引擎，对外暴露的是丰富的 RESTful 接口，多丰富呢？上百个吧。那么如果要编写个客户端库，面对如此多的 RESTful 接口，一方面需要考虑的是如何进行组织，一方面考虑的是如何应对 elasticsearch 本身的不断迭代带来的 API 接口变动。
调用 RESTful API ， 无外乎这么几个动作：
- 构造请求参数：比如 URL、HEADER、Method 等
- 发起网络请求：比如 http.Get
- 组织响应信息: Response
基于此，官方源代码在其中进行了接口设计：
// 描述其 Do 能力
type Request interface {
Do(ctx context.Context, transport Transport) (*Response, error)
}
// 描述其 Perform 能力
type Transport interface {
Perform(*http.Request) (*http.Response, error)
}
// 自定义的响应信息
type Response struct {
StatusCode int
Header http.Header
Body io.ReadCloser
}
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官方还划分为三层组织代码结构：
1. esapi API 接口层
这一层主要做的事是：组织所有 API 请求参数、响应等。但实际上并没有真实的发起网络请求，而只是借用了Transport 接口的能力。
抽取其中一个接口查看下源代码：
curl http://localhost:9200/_cat/health >>1577337625 05:20:25 es-clustername green 3 3 24 11 0 0 0 0 - 100.0% 复制代码
具体的源码： esapi/api.cat.health.go
type CatHealth func(o ...func(*CatHealthRequest)) (*Response, error)
type CatHealthRequest struct {
...
}
func (r CatHealthRequest) Do(ctx context.Context, transport Transport) (*Response, error) {
var (
method string
path strings.Builder
params map[string]string
)
method = "GET"
path.Grow(len("/_cat/health"))
path.WriteString("/_cat/health")
params = make(map[string]string)
if r.Format != "" {
params["format"] = r.Format
}
if len(r.H) > 0 {
params["h"] = strings.Join(r.H, ",")
}
if r.Help != nil {
params["help"] = strconv.FormatBool(*r.Help)
}
if len(r.S) > 0 {
params["s"] = strings.Join(r.S, ",")
}
if r.Time != "" {
params["time"] = r.Time
}
if r.Ts != nil {
params["ts"] = strconv.FormatBool(*r.Ts)
}
if r.V != nil {
params["v"] = strconv.FormatBool(*r.V)
}
if r.Pretty {
params["pretty"] = "true"
}
if r.Human {
params["human"] = "true"
}
if r.ErrorTrace {
params["error_trace"] = "true"
}
if len(r.FilterPath) > 0 {
params["filter_path"] = strings.Join(r.FilterPath, ",")
}
req, err := newRequest(method, path.String(), nil)
if err != nil {
return nil, err
}
if len(params) > 0 {
q := req.URL.Query()
for k, v := range params {
q.Set(k, v)
}
req.URL.RawQuery = q.Encode()
}
if len(r.Header) > 0 {
if len(req.Header) == 0 {
req.Header = r.Header
} else {
for k, vv := range r.Header {
for _, v := range vv {
req.Header.Add(k, v)
}
}
}
}
if ctx != nil {
req = req.WithContext(ctx)
}
res, err := transport.Perform(req)
if err != nil {
return nil, err
}
response := Response{
StatusCode: res.StatusCode,
Body: res.Body,
Header: res.Header,
}
return &response, nil
}
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其中 Do 方法看上去很长，其实只在做这三件事：
- 组织请求参数
- 发起请求
- 组织响应信息
其中发起请求步骤，只是借用了 Transport 的 Perform 能力，得出的 res, 进行重新组织成自定义的 Response。
那么肯定有地方要真实的实现 Transport 的 Perform 能力，才能真实的发起网络请求。
最后所有 RESTful 请求进行组合： esapi/api._.go
type API struct {
Cat *Cat
Cluster *Cluster
Indices *Indices
...
}
type Cat struct {
Aliases CatAliases
Allocation CatAllocation
Count CatCount
Fielddata CatFielddata
Health CatHealth
...
}
func New(t Transport) *API {
return &API{
Bulk: newBulkFunc(t),
...
}
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2. estransport 层
这层主要描述连接、传输的能力。即和 es 集群连接的设置和真实的发起网络请求的实现。
type Interface interface {
Perform(*http.Request) (*http.Response, error)
}
type Client struct {
...
transport http.RoundTripper
...
}
func (c *Client) Perform(req *http.Request) (*http.Response, error) {
...
start := time.Now().UTC()
res, err = c.transport.RoundTrip(req)
dur := time.Since(start)
...
}
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没错，真实的发起网络请求的靠的是 http.RoundTripper，实际上 http.RoundTripper 也是个接口。
type RoundTripper interface {
RoundTrip(*Request) (*Response, error)
}
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初始化 client 的时候，使用了默认的 http.RoundTripper 实现方案：http.DefaultTransport
func New(cfg Config) *Client {
if cfg.Transport == nil {
cfg.Transport = http.DefaultTransport
}
...
}
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这样 定义的 Client 既实现了 Interface 接口，又实现了 Transport 接口。虽然两者描述的能力一模一样。
那么这两层之间本身没什么依赖，那么如何交互呢？
func (r CatHealthRequest) Do(ctx context.Context, transport Transport) (*Response, error) 复制代码
每个请求的 Do 方法接受 Transport 参数，实例化 estransport 层的 client, 将实例化的 client 作为参数传给 Do 方法即可。但两者本身之间无耦合关系。
3. elasticsearch 层
定义上游 client 层。这层 esapi 层的 API 和 estransport 层的 Interface 组合起来。
type Client struct {
*esapi.API // Embeds the API methods
Transport estransport.Interface
}
func NewClient(cfg Config) (*Client, error) {
...
tp := estransport.New(estransport.Config{
...
Transport: cfg.Transport,
...
})
client := &Client{Transport: tp, API: esapi.New(tp)}
}
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为什么这样啊？明明 esapi 层和 estransport 层就可以完成任务啊？
简单的说：esapi 和 estransport 配合使用的方式，最后的调用结果像这样:
req := esapi.IndexRequest{
Index: "test",
DocumentID: strconv.Itoa(i + 1),
Body: strings.NewReader(b.String()),
Refresh: "true",
}
// Perform the request with the client.
res, err := req.Do(context.Background(), es)
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而具有了elasticsearch 层之后，调用的方式像这样：
es, err := elasticsearch.NewDefaultClient()
es.Cat.Health()
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简单的说：上游暴露给用户的信息更少，方便其使用，不让用户知道关于实现的更多细节，推荐使用第二种方式。
其实这种实现方式也简单：就是将 Resquest 的 Do 方法再封装一层，整成函数的类型.
type CatHealth func(o ...func(*CatHealthRequest)) (*Response, error)
func newCatHealthFunc(t Transport) CatHealth {
return func(o ...func(*CatHealthRequest)) (*Response, error) {
var r = CatHealthRequest{}
for _, f := range o {
f(&r)
}
return r.Do(r.ctx, t)
}
}
type Cat struct {
...
Health CatHealth
...
}
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基于此 elasticsearch 三层模型大概就是这样，其实内部还大量的使用了面向接口、组合的编程思想。读者可以根据源码去探讨研究。
看完就结束了吗？
不，我要借鉴相似的思想，自己实现一个，于是有了这个项目： cartooncharts ，js 的具体实现查看： chart.xkcd
下游层：侧重在细节实现层面
定义接口： charts.go
type ChartsInterface interface {
Plot(t Transport) func(w http.ResponseWriter, r *http.Request)
Save(string, Transport) bool
Render(t Transport) func(w http.ResponseWriter, r *http.Request)
}
type Transport interface {
Execute(w http.ResponseWriter, r *http.Request, v interface{})
Read(name string) ([]byte, error)
}
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某种类型的图表实现：
type BarRequest struct {
WithTitle
WithXLabel
WithYLabel
WithDataCollection
WithOption
}
func (bar BarRequest) Plot(t Transport) func(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
return func(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
v := struct {
Type string
Interface BarRequest
}{
Type: barStackedType,
Interface: bar,
}
t.Execute(w, r, v)
}
}
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没有具体的实现，只是借用了 Transport 的 Execute 的能力。
传输层：侧重在模板渲染层面
type Template struct {
Path string
}
func (T Template) Read(name string) ([]byte, error) {
box := packr.New(name, T.Path)
b, e := box.Find(name)
if e != nil {
log.Println("template read fail", e.Error())
return nil, e
}
return b, nil
}
func (T Template) Execute(w http.ResponseWriter, r *http.Request, v interface{}) {
t := template.New("")
text, e := T.Read("plot.html")
if e != nil {
log.Println("template read fail")
return
}
tt, e := t.Parse(string(text))
if e != nil {
log.Println("template parse fail")
return
}
tt.Execute(w, v)
}
复制代码
type Interface interface {
Execute(w http.ResponseWriter, r *http.Request, v interface{})
Read(name string) ([]byte, error)
}
type ChartsTransport struct {
Template Interface
Charts *cartoon.Charts
}
func (C ChartsTransport) Execute(w http.ResponseWriter, r *http.Request, v interface{}) {
C.Template.Execute(w, r, v)
}
func (C ChartsTransport) Read(name string) ([]byte, error) {
return C.Template.Read(name)
}
func NewChartsTransport() *ChartsTransport {
t := Template{Path: "./template"}
return &ChartsTransport{
Template: t,
Charts: cartoon.NewCharts(t),
}
}
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上游层：简洁的对外暴露层
type CartoonCharts struct {
*cartoontransport.ChartsTransport
}
func NewCartoonCharts() *CartoonCharts {
return &CartoonCharts{cartoontransport.NewChartsTransport()}
}
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示例：
package main
import (
"github.com/wuxiaoxiaoshen/cartooncharts"
"log"
"net/http"
)
var charts *cartooncharts.CartoonCharts
func init() {
charts = cartooncharts.NewCartoonCharts()
}
func ExampleBar() {
bar := charts.Charts.Bar("github stars VS patron number",
charts.Charts.Bar.WithDataLabels([]interface{}{"github stars", "patrons"}),
charts.Charts.Bar.WithDataDataSets("", []interface{}{100, 2}),
charts.Charts.Bar.WithOptions("yTickCount", 2),
)
http.HandleFunc("/bar", bar)
}
func ExampleXY() {
type point struct {
X interface{} `json:"x"`
Y interface{} `json:"y"`
}
xy := charts.Charts.XY("Pokemon farms",
charts.Charts.XY.WithXLabel("Coodinate"),
charts.Charts.XY.WithYLabel("Count"),
charts.Charts.XY.WithDataDataSets("Pikachu", []interface{}{point{3, 10}, point{4, 122}, point{10, 100}, point{1, 2}, point{2, 4}}),
charts.Charts.XY.WithDataDataSets("Squirtle", []interface{}{point{3, 122}, point{4, 212}, point{-3, 100}, point{1, 1}, point{1.5, 12}}),
charts.Charts.XY.WithOptions("xTickCount", 5),
charts.Charts.XY.WithOptions("yTickCount", 5),
charts.Charts.XY.WithOptions("legendPosition", "chartXkcd.config.positionType.upRight"),
charts.Charts.XY.WithOptions("showLine", false),
charts.Charts.XY.WithOptions("timeFormat", "undefined"),
charts.Charts.XY.WithOptions("dotSize", 1),
)
http.HandleFunc("/xy", xy)
}
func ExampleStackedBar() {
stackedBar := charts.Charts.StackedBar("Issues and PR Submissions",
charts.Charts.StackedBar.WithXLabel("Month"),
charts.Charts.StackedBar.WithYLabel("Count"),
charts.Charts.StackedBar.WithDataLabels([]interface{}{"Jan", "Feb", "Mar", "April", "May"}),
charts.Charts.StackedBar.WithDataDataSets("Issues", []interface{}{12, 19, 11, 29, 17}),
charts.Charts.StackedBar.WithDataDataSets("PRs", []interface{}{3, 5, 2, 4, 1}),
charts.Charts.StackedBar.WithDataDataSets("Merges", []interface{}{2, 3, 0, 1, 1}),
)
http.HandleFunc("/stackedBar", stackedBar)
}
func ExampleLine() {
line := charts.Charts.Line("Monthly income of an indie developer",
charts.Charts.Line.WithXLabel("Month"),
charts.Charts.Line.WithYLabel("$ Dollars"),
charts.Charts.Line.WithDataLabels([]interface{}{"1", "2", "3", "4", "5", "6", "7", "8", "9", "10"}),
charts.Charts.Line.WithDataDataSets("Plan", []interface{}{30, 70, 200, 300, 500, 800, 1500, 2900, 5000, 8000}),
charts.Charts.Line.WithDataDataSets("Reality", []interface{}{0, 1, 30, 70, 80, 100, 50, 80, 40, 150}),
charts.Charts.Line.WithOptions("yTickCount", 3),
charts.Charts.Line.WithOptions("legendPosition", "chartXkcd.config.positionType.upLeft"),
)
http.HandleFunc("/line", line)
}
func ExamplePie() {
pie := charts.Charts.Pie("What Tim made of",
charts.Charts.Pie.WithDataLabels([]interface{}{"a", "b", "e", "f", "g"}),
charts.Charts.Pie.WithDataDataSets("", []interface{}{500, 200, 80, 90, 100}),
charts.Charts.Pie.WithOptions("innerRadius", 0.5),
charts.Charts.Pie.WithOptions("legendPosition", "chartXkcd.config.positionType.upRight"),
)
http.HandleFunc("/pie", pie)
}
func ExampleRadar() {
radar := charts.Charts.Radar("Letters in random words",
charts.Charts.Radar.WithDataLabels([]interface{}{"c", "h", "a", "r", "t"}),
charts.Charts.Radar.WithDataDataSets("ccharrrt", []interface{}{2, 1, 1, 3, 1}),
charts.Charts.Radar.WithDataDataSets("chhaart", []interface{}{1, 2, 2, 1, 1}),
charts.Charts.Radar.WithOptions("showLegend", true),
charts.Charts.Radar.WithOptions("dotSize", 0.8),
charts.Charts.Radar.WithOptions("showLabels", true),
charts.Charts.Radar.WithOptions("legendPosition", "chartXkcd.config.positionType.upRight"),
)
http.HandleFunc("/radar", radar)
}
func main() {
ExampleBar()
ExampleXY()
ExampleStackedBar()
ExampleLine()
ExamplePie()
ExampleRadar()
log.Fatal(http.ListenAndServe(":9090", nil))
}
复制代码
维护了一致的风格。
结果：
下课！
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