Go：简洁且并发性能优异的语言

在当今这个快速迭代的软件开发时代，掌握一门高效、简洁且并发性能优异的编程语言显得尤为重要。Go语言（又称Golang），自2009年由Google团队推出以来，凭借其独特的设计哲学——简洁、快速、安全，迅速在云计算、微服务、大数据处理等领域崭露头角，成为众多开发者心中的宠儿。

对于初学者而言，深入理解Go语言的编译与运行过程，是踏上Go语言学习之旅的第一步，也是掌握其精髓的关键所在。本文将围绕Go语言的特点、Go Runtime、Go语言编译过程和Go语言运行过程这四大模块展开聊聊Go的特点，帮助读者更好入门Go和应对面试题。

Go语言特点

在探究Go语言的特点时，我们不妨先从其他语言入手，看看其他语言有什么优缺点。

首先是C/C++。众所周知，C/C++开发是直接编译为机器码，不需要执行环境，尽管这会让它的运行效率高，但是却有着“一次编码只能适用于一种平台”的问题存在。这也就是说，要想让程序跑在三个不同操作系统就需要三套不同的代码，这无疑加大了编程和维护难度。另外，C/C++没有GC，这使得内存利用可以更高效，但也存在内存泄漏的风险。

image.png

再来看Java。Java程序会先编译为字节码，然后运行到JVM环境，不同OS只需要安装对应的JVM即可实现一套代码跑到多个OS。而与此相对应的就是java会存在虚拟化损失，跑字节码比直接跑二进制效率要低。

image.png

再看JavaScript。作为一种解释性语言，直接分发到浏览器作为执行环境执行，也是有虚拟化损失。

image.png

最后来看Go语言。第一，Go语言是直接编译为二进制文件的，没有虚拟化损失，而且一次编码可以适用于多种平台，这很神奇。第二，Go自带runtime，而且无需自己处理GC问题。第三，Go原生支持超强的并发能力。

image.png

Go Runtime

Go语言的设计哲学强调“编译型语言的速度与脚本语言的便捷性相结合”，这一理念在其编译与运行流程中得到了淋漓尽致的体现。不同于传统的编译型语言，Go语言拥有自己独特的构建系统和工具链，使得从源代码到可执行文件的转换过程既高效又灵活。同时，Go的运行时（runtime）环境也为程序的并发执行和垃圾回收提供了强大的支持。

Go Runtime是一个go源代码的包，在我们的用户程序打包的时候会一起打包进入二进制程序，一起运行。Runtime包负责内存管理、垃圾回收、协程调度等内容。我们后面的文章中也会深入探讨go runtime这个包。

值得注意的是，有些关键字本质上是go runtime包中的函数，例如：go关键字本质上是newproc函数；new关键字本质上是newobject函数；make关键字本质上是makeslice、makemap等函数；<-本质上是chansend1等函数。

Go 编译过程了解

Go的编译过程包括：

  • 编译前端：词法分析、句法分析、语义分析。
  • 编译后端：中间码生成、代码优化、机器码生成、链接

首先是词法分析，这个部分负责将源码处理为token，也就是最小语义结构。其次是句法分析，在编译原理这个科目中有详细介绍，主要是将token处理为抽象语法树；接着语义分析，主要是一些检查和优化，包括：类型检查、类型推断、类型匹配、函数内联调用、逃逸分析（变量是堆还是栈上）。

这里需要稍微展开一下中间码的生成，即SSA码。Golang会将代码先编译为中间码，学会查看中间码对我们定位程序问题很有帮助！

然后是机器码生成：生成Plan9汇编代码（平台相关的汇编），最后编译为机器码，输出.a文件。如果要查看Plan9汇编代码：go build -gcflags -S main.go。最后就是链接生成.exe文件。

SSA码

查看SSA码：

  • Linux设置export GOSSAFUNC=main，Windows设置$env:GOSSAFUNC="main"。
  • 然后使用go build编译，会生成一个HTML。点进去即可看到SSA码。

编译过程：
image.png

SSA：

image.png

Go语言的启动了解

Go语言启动过程可能面试会涉及到。Go启动经历了检查、各种初始化、初始化协程调度的过程。其中main.main()实际上也是在协程中运行的！

初学者可能会误以为Go的程序入口是我们的main包下的main函数，实际上则不然。

在runtime包下有一些rt0_xxx.s的文件，他们是Go的入口代码。执行过程大致如下：

  • 读取命令行参数：复制参数argc和argv到stack上。
  • 初始化g0协程：（为了调度协程而产生的协程，后面文章会分析）
  • 运行时检查：一堆if，包括：检查类型长度、检查指针操作、检查结构体偏移量、检查atomic原子操作、检查CAS、检查栈大小是否是2的幂次等。
  • 参数初始化处理：参数处理和赋值
  • 调度器初始化：runtime.schedinit，包括栈空间分配、堆内存初始化、垃圾回收参数初始化、设置process变量等等很多功能，这里不展开。
  • 创建主协程：创建新协程，执行runtime.main，放入调度器。
  • 初始化M：用来调度主协程。
  • 主协程执行主函数：
    • doInit：初始化工作
    • goenable：打开垃圾回收器
    • 执行用户包依赖的init方法
    • 执行main_main()：执行用户主函数main.main()

结尾

随着对Go语言编译与运行过程的深入探索，我们不难发现，Go语言之所以能够在众多编程语言中脱颖而出，离不开其背后精妙的设计和高效的实现。从简洁明了的语法规则，到灵活高效的编译工具链，再到功能强大的运行时环境，每一个环节都体现了Go语言团队对开发效率和程序性能的极致追求。

Go语言的博大精深远非一篇文章所能涵盖，本文仅仅是“好好学Go”系列文章的开篇。在未来的文章中，我们将继续深入探讨Go语言的更多高级特性和应用场景，包括并发编程、接口与反射、包管理与模块化开发等，我们一起领略Go语言的无限魅力。

让我们一起，好好学Go，探索编程的无限可能！