近幾年來(lái)，Go語(yǔ)言作為一門(mén)服務(wù)器端開(kāi)發(fā)語(yǔ)言越來(lái)越受歡迎，簡(jiǎn)潔易學(xué)的語(yǔ)法加上天生的高并發(fā)支持，還有日益完善的社區(qū)，讓很多互聯(lián)網(wǎng)公司開(kāi)始轉(zhuǎn)向Go語(yǔ)言。隨著Go語(yǔ)言生態(tài)日趨成熟，各種組件框架如雨后春筍般涌現(xiàn)，市面上相關(guān)的書(shū)籍也多了起來(lái)，但是其中大部分是以應(yīng)用為主，對(duì)于語(yǔ)言特性本身探索一般不太深入。筆者希望能夠有一本講解語(yǔ)言特性及實(shí)現(xiàn)原理的書(shū)，這也是寫(xiě)作本書(shū)的動(dòng)機(jī)。
筆者當(dāng)年剛參加工作的時(shí)候，使用的第一門(mén)開(kāi)發(fā)語(yǔ)言是C 。雖然之前在學(xué)校用過(guò)C語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言，但在接觸到C 的一些面向?qū)ο筇匦詴r(shí)還是困惑了很久。直到有一天發(fā)現(xiàn)了《深度探索C 對(duì)象模型》，作者Stanley Lippman當(dāng)年在貝爾實(shí)驗(yàn)室工作，是世界上第1個(gè)C 編譯器cfront的實(shí)現(xiàn)者，他從一個(gè)語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)者的高度，對(duì)一些關(guān)鍵特性的實(shí)現(xiàn)原理及其背后的思考進(jìn)行了詳細(xì)闡述，使筆者受益匪淺。后來(lái)因?yàn)楣ぷ鞯脑�因，筆者開(kāi)始使用Go語(yǔ)言，因?yàn)橛辛薈/C 相關(guān)的基礎(chǔ)，所以學(xué)習(xí)起來(lái)更加高效。尤其是當(dāng)年學(xué)習(xí)C 對(duì)象模型，讓筆者認(rèn)識(shí)到語(yǔ)言特性也是通過(guò)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和代碼實(shí)現(xiàn)的，所以就按照自己的方式一邊學(xué)習(xí)一邊探索。第一次萌生要寫(xiě)點(diǎn)東西的念頭是在給從PHP轉(zhuǎn)Go語(yǔ)言的妻子講完接口動(dòng)態(tài)派發(fā)的實(shí)現(xiàn)原理后，用她的話來(lái)講就是有種豁然開(kāi)朗的感覺(jué)，并鼓勵(lì)筆者把這些東西整理一下。后來(lái)我們就在微信公眾號(hào)上以幼麟實(shí)驗(yàn)室的名義發(fā)布了一系列視頻和文章，主要分析語(yǔ)言特性的底層實(shí)現(xiàn)。在一年多的時(shí)間里，幼麟實(shí)驗(yàn)室受到了廣大網(wǎng)友的好評(píng)與支持，清華大學(xué)出版社的趙佳霓編輯也是在此期間聯(lián)系了筆者，希望筆者能夠把自己的探索研究整理成書(shū)。因?yàn)閷?xiě)作本書(shū)的關(guān)系，讓筆者能夠更系統(tǒng)地思考，收獲頗多。希望本書(shū)能夠幫助各位讀者，解決大家學(xué)習(xí)Go語(yǔ)言中遇到的一些困惑。
本書(shū)主要內(nèi)容
第1章介紹x86匯編的一些基礎(chǔ)知識(shí)，包括通用寄存器、幾條常用的指令，以及內(nèi)存分頁(yè)的實(shí)現(xiàn)原理等。
第2章介紹指針的實(shí)現(xiàn)原理，包括指針構(gòu)成、相關(guān)操作，以及Go語(yǔ)言的unsafe包等。
第3章圍繞函數(shù)進(jìn)行一系列探索，包括棧幀布局、調(diào)用約定、變量逃逸、Function Value、閉包、defer和panic等。
第4章介紹方法的實(shí)現(xiàn)原理，包括接收者類(lèi)型、Method Value和組合式繼承等。
第5章圍繞接口對(duì)Go語(yǔ)言的動(dòng)態(tài)特性展開(kāi)探索，包括裝箱、方法集、動(dòng)態(tài)派發(fā)、類(lèi)型斷言、類(lèi)型系統(tǒng)和反射等。
第6章介紹goroutine的實(shí)現(xiàn)，包括GMP模型、goroutine的創(chuàng)建與退出、調(diào)度循環(huán)、搶占式調(diào)度、timer、netpoller和監(jiān)控線程等。
第7章介紹同步的原理及其相關(guān)的組件，包括內(nèi)存亂序、原子指令、自旋鎖、Go語(yǔ)言runtime中的互斥鎖和信號(hào)量，以及sync.Mutex和channel等。
第8章介紹堆內(nèi)存管理，包括heapArena、mspan等幾種主要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，mallocgc函數(shù)的主要邏輯，以及GC的三色抽象、寫(xiě)屏障等。
第9章介紹棧內(nèi)存管理，包括goroutine棧的分配、增長(zhǎng)、收縮和釋放等。
閱讀建議
本書(shū)寫(xiě)作過(guò)程主要使用了Go 1.16及之前的幾個(gè)版本，為了避免后續(xù)版本可能發(fā)生的不兼容問(wèn)題，相關(guān)示例建議使用Go 1.13~Go 1.16編譯運(yùn)行。
閱讀本書(shū)不需要精通匯編語(yǔ)言、操作系統(tǒng)，但是需要對(duì)進(jìn)程、線程這類(lèi)基本概念有所了解。畢竟Go語(yǔ)言可直接構(gòu)建生成系統(tǒng)原生的可執(zhí)行文件，如果想要深入理解一些語(yǔ)言特性的實(shí)現(xiàn)原理，還是建議學(xué)習(xí)并實(shí)踐一下多線程編程、IO多路復(fù)用這類(lèi)關(guān)鍵技術(shù)。
第一部分主要包括指針和函數(shù)，筆者希望大家能夠通過(guò)這部分內(nèi)容，對(duì)運(yùn)行時(shí)棧及函數(shù)棧幀的相對(duì)尋址方式有深入的理解，為后續(xù)探索打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
第二部分想要表達(dá)對(duì)Lippman大師的崇高敬意，至今難忘初次閱讀《深度探索C 對(duì)象模型》時(shí)那種初聞大道，喜不自勝的心情。按照Lippman大師的解釋?zhuān)瑢?duì)象模型應(yīng)該是編譯器對(duì)自定義數(shù)據(jù)類(lèi)型的建模，指導(dǎo)了對(duì)象內(nèi)存布局及其他一些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和代碼的生成。只有理解了語(yǔ)言特性的實(shí)現(xiàn)原理，才真正是磨刀不誤砍柴工。
第三部分從服務(wù)器端程序開(kāi)發(fā)的角度，梳理了如何從最初的多進(jìn)程、多線程，逐漸發(fā)展到現(xiàn)在的協(xié)程。runtime的調(diào)度邏輯還是比較復(fù)雜的，但是最核心的思想就是IO多路復(fù)用與協(xié)程的結(jié)合，讓每個(gè)任務(wù)有自己獨(dú)立的棧，而同步的核心就是確立Happens Before條件。
第四部分從堆和棧兩方面，梳理了內(nèi)存管理的實(shí)現(xiàn)。內(nèi)存分配方面應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注主要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。至于GC方面，應(yīng)先理解宏觀層面的整體思想和流程，然后去研究一些細(xì)節(jié)會(huì)更加容易。整個(gè)runtime實(shí)際上是個(gè)不可分割的整體，在這里會(huì)看到內(nèi)存管理對(duì)類(lèi)型系統(tǒng)的依賴(lài)。
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致謝
感謝那些喜愛(ài)Go語(yǔ)言的網(wǎng)友對(duì)筆者的支持； 感謝清華大學(xué)出版社的趙佳霓編輯； 感謝我的家人，尤其是和我一起討論技術(shù)問(wèn)題并幫忙整理書(shū)稿的妻子，給予我莫大的支持。
由于時(shí)間倉(cāng)促，并且受限于筆者水平，書(shū)中難免有不妥之處，請(qǐng)讀者見(jiàn)諒，并提寶貴意見(jiàn)。
封幼林2022年5月