Язык Go - что и зачем

Однажды в Google решили создать удобную и мощную альтернативу C++. Так появился Golang, который стабильно занимает высокие позиции в рейтингах языков программирования и привлекает новых разработчиков.

Язык создали Роб Пайк и Кен Томпсон. Оба — культовые личности в computer science и в прошлом сотрудники легендарной Bell Labs. А Томпсон к тому же один из создателей ОС UNIX и языка B (предшественника C).

Что такое язык программирования Go

Go, или Golang, — это компилируемый многопоточный язык с открытым исходным кодом. В основном его применяют в веб-сервисах и клиент-серверных приложениях. В конце 2021 года Golang даже вошёл в топ-5 востребованных языков и опередил PHP, C# и TypeScript.

Авторы языка попытались объединить лёгкость разработки на Python и скорость исполнения программ на C и C++, поэтому сделали Go компилируемым. И хотя в экосистеме Go есть свой интерпретатор, он редко бывает нужен. Код и так шустро компилируется.

В целом на Go можно писать что угодно: от консольных приложений до сложных многопоточных программ. Но больше всего он подходит именно для серверных приложений. При этом у языка даже существуют библиотеки для создания графических интерфейсов — хотя писать на них очень громоздко.

Особенности языка Go

Язык сделан так, чтобы разработчики занимались архитектурой приложений, а не тратили время на нудные вещи — например, создавали документацию или отслеживали устаревшие синтаксические конструкции. Go прост в использовании и хорош именно тем, что выполнение всех рутинных операций перенесли с программиста на встроенные инструменты.

Основными фишками Go стали:

Автоматическое управление памятью и сборщик мусора. Go — быстрый, как C/C++, но программировать на нём легче. Если в C/ C++ приходится вручную управлять памятью, то компилятор Golang берёт эти заботы на себя.
Синтаксический сахар. Это синтаксические послабления, которые позволяют писать код быстрее. Например, формально некоторые операции в Go (if, for) должны заканчиваться точкой с запятой, но на деле компилятор сам способен расставить точки с запятыми в нужных местах.
Автоматическое форматирование программ. Golang сам расставляет отступы и выравнивает элементы по колонкам с помощью команды gofmt. Но важно использовать только табуляцию для отбивки строк — пробелы в начале строки gofmt не поймёт.
Автоматическое создание документации. Команда godoc найдёт все комментарии и сделает из них мануал к программе.
Отслеживание устаревших конструкций. Инструмент gofix сканирует код и отмечает синтаксические конструкции, которые считаются устаревшими по современным стандартам.
Инструменты тестирования. В Go включено множество инструментов тестирования. Например, typecheck проверяет соответствие типов в коде, golint даёт рекомендации на основе официальной документации — Effective Go и CodeReviewComments, gosimple упрощает сложные синтаксические конструкции, а gas находит уязвимости в коде.
Отслеживание состояния гонки. Для работы с многопоточными системами очень важно выполнять функции в правильном порядке, чтобы не перепутать данные, потому что состояние гонки — очень коварная ошибка. Она может возникать случайным образом, из-за этого локализовать её почти невозможно. Golang изначально спроектирован так, чтобы свести такие ошибки к минимуму. А если что-то и проскочит — есть дополнительные инструменты для проверки кода на состояние гонки. Чтобы включить детектор гонки, надо добавить флаг —race — на этапе компилирования, сборки, тестирования или установки пакета.
Профилирование. В языке программирования Go есть пакет pprof и консольная утилита go tool pprof. Профайлер pprof исследует, какие фрагменты кода выполняются слишком долго, где программа ест много памяти или чересчур нагружает процессор. Результат его работы — текстовый отчёт, профайл. Чтобы визуализировать профайл и построить из него схему, надо установить утилиту graphviz.
Низкоуровневое программирование. Безусловно, язык Go не смог бы претендовать на лавры C и C++, если бы не умел непосредственно работать с памятью. Для этого в нём есть пакет unsafe.

Технические возможности Go

Одно из важных свойств Go — многопоточность. Чтобы использовать все возможности таких процессоров, программы надо сразу писать с расчётом на многоядерность. В Go для этого есть специальные сущности: горутины и каналы.

Горутины

Это функции, которые могут работать параллельно, то есть программа выполняет несколько строк практически одновременно. Чтобы сделать из функции горутину, надо просто написать перед ней go.

Вот как это выглядит:

Результат — практически одновременный вызов, несмотря на задержку time.Sleep(10), обеих горутин. Конечно, в небольшой программе это делать практически бессмысленно, а вот при вызове множества функций — очень даже оправданно. Экономится время, и ресурсы процессора используются равномерно.

За выполнением горутин в Go следит специальная библиотека времени исполнения: она распределяет между ними ядра процессора, может ограничивать число доступных ядер. Библиотека помогает запускать огромное количество горутин — намного больше, чем позволяет операционная система, — и не требует от программиста заниматься распараллеливанием вручную.

Каналы

Это что-то вроде общего хранилища данных. Каналы передаются как аргументы горутин и помогают им общаться между собой и обмениваться данными. В каналах есть очередь и блокировка — чтобы разные горутины не смогли одновременно закинуть туда разные данные. Особенность каналов: они позволяют записывать и считывать только один тип данных. Например, int — целые числа.

Немного похоже на работу с переменными — используем оператор присваивания и сразу задаём тип данных. Но интересно, что значением канала будет его адрес в памяти (вывод второго оператора Printf).

Теперь объединим горутины и канал:

А сейчас следите за руками — будем разбирать код:

Объявляем функцию gorutine_test с аргументом channel. Результат её работы — строка приветствия и данные из канала, мы считываем их с помощью оператора <-.
Функция main первым делом выводит на экран сообщение о том, что она стартовала.
После этого мы создаём канал channel и задаём ему тип данных string.
Теперь запускаем функцию gorutine_test как горутину и помещаем в неё канал channel.
Сейчас и main, и gorutine_test активны.
Теперь мы помещаем в канал имя создателя языка программирования Go — Rob. Функция main тут же блокируется, пока gorutine_test не считает данные из канала. Заметьте, gorutine_test вызывается раньше, чем мы отправляем значение в канал, но планировщик Go выполняет именно её.
После этого функция main разблокируется и выводит сообщение о том, что она закончила работу.
В многопоточность отлично вписывается функциональная парадигма программирования, и язык Go во многом поддерживает её. В нём, конечно, присутствуют императивные конструкции, элементы ООП и всё такое. Но именно ярко выраженная функциональная парадигма делает Golang мощным инструментом для высоконагруженных серверных решений, сервисов и сложных вычислений.

Типы данных в Go

Go — язык со строгой статической типизацией, то есть каждая переменная имеет свой тип и менять его нельзя. Сравним с PHP:

В примере мы изменили тип данных на лету и даже провели математические операции над строкой и целым числом. В языке Go это невозможно — если переменная объявлена как целое число, такой она и останется на протяжении исполнения всей программы, можно менять только её значение. А если попытаемся положить в неё данные другого типа — модуль проверки Go подскажет, что у нас ошибка.

В языке программирования есть 11 типов целых чисел. Они различаются количеством бит, спецификой (например, есть отдельный тип byte для двоичных чисел) и контекстом (например, uintptr для работы с внешним кодом). Кроме того, есть числа с плавающей точкой, комплексные числа, булевы числа, строки и три типа чисел с неограниченной точностью, которые могут принимать любое значение и ограничены только объёмом памяти компьютера.

Переменные в Go объявляются в стиле Pascal — через оператор var, а само объявление можно совмещать с присваиванием:

В первой строке мы объявляем переменную v1 и задаём ей тип «целое число»;
во второй строке — объявляем переменную v2, задаём ей тип «строка» и присваиваем значение teach Go, friend;
в третьей строке — делаем то же, что и v1 = v2, объявляем переменную и задаём ей значение.

Оператор присваивания в Go — знак =:

Здесь мы в первой строке присвоили переменной a значение b, а вот во второй — поменяли местами значения i и j.

Как установить и начать использовать язык программирования Go

Скачать Go для разных платформ можно на официальном сайте: есть готовые сборки для Windows, macOS, Linux. Также исходники можно скомпилировать на куче операционок — FreeBSD, OpenBSD, DragonFly BSD, Solaris, Android, AIX, Plan 9 (кстати, тоже детище Томпсона и Пайка с названием — отсылкой к фильму Эда Вуда, самого знаменитого неудачника фабрики грёз).

Чтобы проверить, успешно ли установился Go на Windows, введите команду go в командной строке.

Писать код на Go можно в программах трёх типов — кому что больше подходит:

Текстовый редактор с подсветкой синтаксиса Go, автодополнением, компиляцией и отладкой. Обычно реализованы плагинами — например, в Notepad++, Vim, Emacs.
Универсальная среда разработки (IDE): Eclipse, NetBeans, IntelliJ IDEA, Komodo, Codebox, Visual Studio, Zeus IDE и другие.
Специализированная среда разработки для Golang. Самые известные — коммерческая GoLand от JetBrains и опенсорсная LiteIDE.

Первая программа на Go

По традиции это, конечно, Hello, World!. Ниже — разбор синтаксиса:

package main — даём имя пакету, так надо для файлов, которые будут исполняться;
import 'fmt' — вызываем пакет, который отвечает за форматирование и вывод информации (такие пакеты ещё называются библиотеками);
func main() — каждый исполняемый файл должен включать главную функцию — main;
fmt.Println («Hello, World!») — вызываем функцию Println из пакета fmt, она выводит информацию из круглых скобок на экран;
«Hello, World!» — кавычки показывают, что надо вывести как строку всё, что внутри;
// — а вот так обозначаются однострочные комментарии, всё, что идёт после этого символа и до конца строки, компилятор Go пропускает.

Что в итоге

Go — мощный, изящный и современный язык программирования, по скорости сравнимый с C и C++, а по простоте создания кода — с Python. Освоить его может даже новичок. У Golang простая, лаконичная документация и дружелюбное сообщество, где всегда можно задать вопрос, — опытный программист быстро выучит его как второй язык. Перспективы вполне серьёзные, на долгое время: язык поддерживается Google, но живёт как самостоятельный свободный проект с открытыми исходниками.