【Golang】三分钟让你快速了解Go语言&为什么我们需要Go语言？

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一、Go语言的诞生

Go 语言从 2009 年 9 月 21 日开始作为谷歌公司 20% 兼职项目，即相关员工利用 20% 的空余时间来参与 Go 语言的研发工作。

谷歌的“20%时间”工作方式，允许工程师拿出20%的时间来研究自己喜欢的项目。语音服务Google Now、谷歌新闻Google News、谷歌地图Google Map上的交通信息等，全都是20%时间的产物。

该项目的三位领导者均是著名的 IT 工程师：

• Robert Griesemer，参与开发 Java HotSpot 虚拟机；
• Rob Pike，Go 语言项目总负责人，贝尔实验室 Unix 团队成员，参与的项目包括 Plan 9，Inferno 操作系统和 Limbo 编程语言；
• Ken Thompson，贝尔实验室 Unix 团队成员，C 语言、Unix 和 Plan 9 的创始人之一，与 Rob Pike 共同开发了 UTF-8 字符集规范。

二、Why?——为什么需要Go

存在即合理，新事物的产生有它的道理

在了解为什么我们需要Go之前，我们先了解现有语言可以大致分为两大类：

2.1：静态类型语言、动态类型语言

首先，语言根据静态和动态类型分为以下两类分为以下两类：

• 静态类型语言(Statically Typed Language（强类型语言,编译语言）
  • 简介 ：在程序编译时变量的数据类型就被确定。且大多数静态语言在编写代码时，都要求声明变量的数据类型
  • 特性 ：将所有代码编译(compile)完成，生成可执行文件，再执行。
  • 优点 ：高效： 运行速度快，便于调试，类型安全，结构规范
  • 缺点 ：每次改动都需要重新编译，开发和学习效率低
  • 代表语言 ：C，C++，Java(半编译，半解释），Pascal

️‍️总结：静态类型语言，如C++，执行效率高，但编译、学习、开发效率低

• 动态语言（弱类型语言
  • 简介 ：程序在运行的时候可以改变其结构：新的函数可以被引进，已有的函数可以被删除等在结构上的变化，判断变量的类型是在程序运行的时候完成的
  • 特性： 变量声明时无需指定类型，会在该变量第一次将数据赋给该变量时，在内部记下该数据类型。将代码按行解释(launch)并允许。
  • 优点： 代码简洁（不需要写非常多的类型相关的代码）、可以把更多精力放在业务逻辑的处理上（完成相同逻辑的程序，使用ruby或者Python类动态语言所需要的代码量只有Java实现版本的1/10,相比C/C++差距更大）、更加灵活、易于开发、学习、当有改动时无需重新编译，直接解释运行
  • 缺点 ：不方便调试，命名不规范导致可读性差、运行速度慢
  • 代表语言 ：PHP、Python、JavaScript

️‍️总结：学习、开发效率高，执行效率低

补充：之前学习Java的时候，有一个概念是多态，其实本质就是一个变量的不同形态（类型），像静态语言，不能给变量赋予不同类型的值，需要采取：继承、接口等方式实现多态。而动态语言采用dynamic typing，就是说变量在运行期间是可变的，意味着对象的多态性是与生俱来的

2.2：Go——平衡语言差别

根据上面分析，

• 传统语言如静态语言C++，学习和开发效率低（命名规范等等，需要花很多时间取学习，才能上手一个程序来写个程序实现某个功能），同时编译花费时间长，编译效率低（编写——>编译——>运行这个完成这个链条的周期较长）
• 动态语言，比如Python，没有强类型的约束，很多问题在程序运行起来才发现，虽然编写——>运行，节省了静态语言编译效率低的问题，但是这种类型相关的低级错误，应该交给编译器来发现

总之，简单来说，在Go之前，没有语言可以兼顾执行效率、开发效率

当然，这只是Go诞生的其中一点

下面列举Goggle公司创造Go语言的原因：

2.3：为什么Google创造了Go

• 硬件技术更新快，机器性能大幅提高。目前主流的编程语言落后与硬件,不能合理利用多核多CPU的优势提高软件性能
• 现有编程语言：风格不统一、技术能力不够、处理大并发不够好。且软件系统复杂度高，数以万计的代码，维护成本高，需要足够简洁高效的编程语言，提高开发效率，降低运维成本
• c/c++项目，虽然运行速度快，但编译速度慢，且存在内存泄漏的问题。
• 部署平台各式各样，交叉编译难
• 在执行效率、开发效率上达到平衡

‍♀️为了解决以上问题，Goggle公司就自己造了个轮子——GO

三、Go的优点

Go的主要优点

• 编译速度快
• 执行速度快
• 内存管理
• 并发编程（多核CPU

3.1：Go编译快的原因

Go的编译器：
最初设计团队的想法是实现Go语言编译的前端，是基于C的gcc的编译器来编译成机器代码。这个前端编译器是目前Go的编译器之一：gccGo

• 上面一行是“编译器前端”组成部分
• 下面一行是“优化”+“编译器后端”组成部分
  

在Go的1.5中，Go团队使用Go编写了Go的编译器（叫作自举），对比与gccgo:1,提高了编译速度，虽然执行速度略有下降；3，增加可编译平台

️‍️C++为什么慢？
C++是也可以用gcc编译器编译的，所以从编译器角度来说，应该不是编译器使Go更快。很大程度是是Go语言的设计本身

⚠注意：这里我们比较编译速度都是比较的静态编译速度

Go语言·默认·编译方式是·静态编译·不依赖任何动态链接库，可以避免各种动态链接库依赖的问题；编译好后，只要平台是一致的(linux amd64)，就可以任意部署，完全不用考虑链接库依赖问题；

‍♂️静态编译&动态编译：

• 静态编译

  • 简介: 编译器在编译可执行文件时，会把该文件中使用到的链接库提取出来，链接打包进可执行文件中。编译之后的结果只生成一个可执行文件。

  • 优点:不需要管理不同版本库的兼容问题

• 动态编译

  • 简介: 可执行文件需要附带独立的库文件，不打包库到可执行文件中，减少可执行文件体积，编译完成，程序执行时，执行到了，再从库里面调用。
  • 优点:减少内存和存储占用（不同程序共享一个库）

将外部代码嵌入到当前生成的可执行文件中的就是静态编译，以跳转的方式引用外部代码的就是动态编译

在说回C++为什么慢？

• include头文件
• 模板编译

关于模板编译：首先，C++的模板使用，是为了支持泛型编程（这篇文章说的很清楚，这里就不重复造轮子了）。可以看到。编写不同类型的泛型函数，对于编码者来说，确实很方便，但是从那篇文章中，也有可能给编译器增加不必要的编译负担：1，代码膨胀，导致编译时间变长，2，容易出现模板编译错误，且错误信息不易定位

‍♂️优化：

• 基于C/C++慢的第一个引入头文件的问题，后生的语言大部分采用import module代替include 头文件的方式——Go采用的也是import module方式（下面是基于C的几种引入头文件的对比）

  • #include:　 include做的事情其实就是简单的复制粘贴，将目标.h文件中的内容一字不落地拷贝到当前文件中，并替换掉这句include。
  • #import:实质上做的事情和#include是一样的，只不过OC为了避免重复引用可能带来的编译错误（这种情况在引用关系复杂的时候很可能发生，比如B和C都引用了A，D又同时引用了B和C，这样A中定义的东西就在D中被定义了两次，重复了），而加入了#import，从而保证每个头文件只会被引用一次。
    如果想深究，import的实现是通过#ifndef一个标志进行判断，然后在引入后#define这个标志，来避免重复引用的
  • PCH（PreCompiled Header）: 实质上import也还是拷贝粘贴，这样就带来一个问题：当引用关系很复杂，或者一个头文件被非常多的实现文件引用时，编译时引用所占的代码量就会大幅上升（因为被引用的头文件在各个地方都被copy了一遍）。
    　　为了解决这个问题，C系语言引入了预编译头文件（PreCompiled Header），将公用的头文件放入预编译头文件中预先进行编译，然后在真正编译工程时再将预先编译好的产物加入到所有待编译的Source中去，来加快编译速度。
  • import Modules: 理论上说，想要提高编译速度，可以把所有头文件引用都放到pch中。但是这样面临的问题是在工程中随处可用本来不应该能访问的东西，而编译器也无法准确给出错误或者警告，无形中增加了出错的可能性。Modules相当于将框架进行了封装，然后加入在实际编译之时加入了一个用来存放已编译添加过的Modules列表。如果在编译的文件中引用到某个Modules的话，将首先在这个列表内查找，找到的话说明已经被加载过则直接使用已有的，如果没有找到，则把引用的头文件编译后加入到这个表中。这样被引用到的Modules只会被编译一次，但是在开发时又不会被意外使用到，从而同时解决了编译时间和引用泛滥两方面的问题。

• 基于第二个问题，Go根本没有将泛型编程纳入设计框架，根本不存在模板编译带来的开销。（不过Go1.18中已经支持泛型了）

3.1.2‍总结

Go编译速度快的几个原因

• 使用import引用管理方式
• 没有模板编译负担
• 1.5版本后编译器的优化
• 语言本身关键字很少

3.2：Go的性能

Go的执行速度，可以参考一个语言性能测试数据网站 he Computer Language Benchmarks Game。

• Go的性能接近C++
• 算法时间花销和Java接近，但内存花销远低于Java
• 和python 对比，时间和内存开销都优秀

3.3：并发编程

上面我们提到，硬件技术更新快，机器性能大幅提高（eg:多核CPU）。Go语言设计其实初衷也是为了追平编程语言和硬件之间的差距。Go很多特性都是为了并发而生（一些语言也支持并发，但是是一些后期库支持并发和第三方库支持并发，这和Go天生并发的设计是不同的）

• Go的并发量可以比大部分语言里普通的线程实现要

  这受益于轻量级的Goroutine，轻量化主要是它所占用的空间要小得多，例如64位环境下的JVM，它会默认固定为每个线程分配1MB的线程栈空间，而Goroutines大概只有4-8KB，之后再按需分配。足够轻量化的线程在相同的内存下也就可以有更高并发量（服务器CPU还没有饱和的情况下），同时也可以减少很多上下文切换的时间开销。但是如果你的每个线程占用空间都非常大时（比如10MB，当然这是非常规需求的情况下），Go的轻量化优势就没有那么明显了。

• 语言设计上支持了并发

3.3:垃圾回收（GC）

垃圾回收（英语：Garbage Collection，缩写为GC），在计算机科学中是一种自动的存储器管理机制。当一个计算机上的动态存储器不再需要时，就应该予以释放，以让出存储器，这种存储器资源管理，称为垃圾回收。垃圾回收器可以让程序员减轻许多负担，也减少程序员犯错的机会

在使用Go或者其他有垃圾回收机制的语言（如Java），无需像C/C++一样进行手动释放内存空间（free()/delete)

• 优点：方便
• 限制：
  • 暗箱操作的不透明性
  • GC处理的性能开销
  • 对于性能要求高的场景，需要进行主动释放和优化（eg:自定义内存池）

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