源码学啥子嘛？接口、组合

作者: 谢小路 | 来源:发表于2019-12-26 14:38 被阅读0次

WX20191226-141700.png

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

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

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。

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

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。

io.png

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
}

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%

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
}

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),
        ...
}

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)
        ...

    
}

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)
}

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
    }
    ...
}

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)

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)}
}

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)

而具有了elasticsearch 层之后，调用的方式像这样：

    es, err := elasticsearch.NewDefaultClient()
    es.Cat.Health()

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
    ...

}

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)
}

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)
    }
}

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)
}

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),
    }
}

上游层：简洁的对外暴露层

type CartoonCharts struct {
    *cartoontransport.ChartsTransport
}

func NewCartoonCharts() *CartoonCharts {
    return &CartoonCharts{cartoontransport.NewChartsTransport()}
}

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))
}

维护了一致的风格。

结果：

WX20191226-141700.png

参考：https://github.com/wuxiaoxiaoshen/cartooncharts

下课！

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