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异常是程序中的一些错误,但并不是所有的错误都是异常,并且错误有时候是可以避免的。 比如说,你的代码少了一个分号,那么运行出来结果是提示是错误 java.lang.Error;如果你用System.out.println(11/0),那么你是因为你用0做了除数,会抛出 java.lang.ArithmeticException 的异常。 异常发生的原因有很多,通常包含以下几大类: 用户输入了非法数据。 要打开的文件不存在。 网络通信时连接中断,或者JVM内存溢出。 这些异常有的是因为用户错误引起,有的是程序错误引起的,还有其它一些是因为物理错误引起的。- 要理解Java异常处理是如何工作的,你需要掌握以下三种类型的异常: 检查性异常:最具代表的检查性异常是用户错误或问题引起的异常,这是程序员无法预见的。例如要打开一个不存在文件时,一个异常就发生了,这些异常在编译时不能被简单地忽略。 运行时异常: 运行时异常是可能被程序员避免的异常。与检查性异常相反,运行时异常可以在编译时被忽略。 错误: 错误不是异常,而是脱离程序员控制的问题。错误在代码中通常被忽略。例如,当栈溢出时,一个错误就发生了,它们在编译也检查不到的。 Exception 类的层次 所有的异常类是从 java.lang.Exception 类继承的子类。 Exception 类是 Throwable 类的子类。除了Exception类外,Throwable还有一个子类Error 。 Java 程序通常不捕获错误。错误一般发生在严重故障时,它们在Java程序处理的范畴之外。 Error 用来指示运行时环境发生的错误。 例如,JVM 内存溢出。一般地,程序不会从错误中恢复。 异常类有两个主要的子类:IOException 类和 RuntimeException 类。 在 Java 内置类中(接下来会说明),有大部分常用检查性和非检查性异常。 Java 内置异常类 Java 语言定义了一些异常类在 java.lang 标准包中。 标准运行时异常类的子类是最常见的异常类。由于 java.lang 包是默认加载到所有的 Java 程序的,所以大部分从运行时异常类继承而来的异常都可以直接使用。 Java 根据各个类库也定义了一些其他的异常,下面的表中列出了 Java 的非检查性异常。 异常 描述 ArithmeticException 当出现异常的运算条件时,抛出此异常。例如,一个整数"除以零"时,抛出此类的一个实例。 ArrayIndexOutOfBoundsException 用非法索引访问数组时抛出的异常。如果索引为负或大于等于数组大小,则该索引为非法索引。 ArrayStoreException 试图将错误类型的对象存储到一个对象数组时抛出的异常。 ClassCastException 当试图将对象强制转换为不是实例的子类时,抛出该异常。 IllegalArgumentException 抛出的异常表明向方法传递了一个不合法或不正确的参数。 IllegalMonitorStateException 抛出的异常表明某一线程已经试图等待对象的监视器,或者试图通知其他正在等待对象的监视器而本身没有指定监视器的线程。 IllegalStateException 在非法或不适当的时间调用方法时产生的信号。换句话说,即 Java 环境或 Java 应用程序没有处于请求操作所要求的适当状态下。 IllegalThreadStateException 线程没有处于请求操作所要求的适当状态时抛出的异常。 IndexOutOfBoundsException 指示某排序索引(例如对数组、字符串或向量的排序)超出范围时抛出。 NegativeArraySizeException 如果应用程序试图创建大小为负的数组,则抛出该异常。 NullPointerException 当应用程序试图在需要对象的地方使用 null 时,抛出该异常 NumberFormatException 当应用程序试图将字符串转换成一种数值类型,但该字符串不能转换为适当格式时,抛出该异常。 SecurityException 由安全管理器抛出的异常,指示存在安全侵犯。 StringIndexOutOfBoundsException 此异常由 String 方法抛出,指示索引或者为负,或者超出字符串的大小。 UnsupportedOperationException 当不支持请求的操作时,抛出该异常。 下面的表中列出了 Java 定义在 java.lang 包中的检查性异常类。 异常 描述 ClassNotFoundException 应用程序试图加载类时,找不到相应的类,抛出该异常。 CloneNotSupportedException 当调用 Object 类中的 clone 方法克隆对象,但该对象的类无法实现 Cloneable 接口时,抛出该异常。 IllegalAccessException 拒绝访问一个类的时候,抛出该异常。 InstantiationException 当试图使用 Class 类中的 newInstance 方法创建一个类的实例,而指定的类对象因为是一个接口或是一个抽象类而无法实例化时,抛出该异常。 InterruptedException 一个线程被另一个线程中断,抛出该异常。 NoSuchFieldException 请求的变量不存在 NoSuchMethodException 请求的方法不存在 异常方法 下面的列表是 Throwable 类的主要方法: 序号 方法及说明 1 public String getMessage() 返回关于发生的异常的详细信息。这个消息在Throwable 类的构造函数中初始化了。 2 public Throwable getCause() 返回一个Throwable 对象代表异常原因。 3 public String toString() 使用getMessage()的结果返回类的串级名字。 4 public void printStackTrace() 打印toString()结果和栈层次到System.err,即错误输出流。 5 public StackTraceElement [] getStackTrace() 返回一个包含堆栈层次的数组。下标为0的元素代表栈顶,最后一个元素代表方法调用堆栈的栈底。 6 public Throwable fillInStackTrace() 用当前的调用栈层次填充Throwable 对象栈层次,添加到栈层次任何先前信息中。 捕获异常 使用 try 和 catch 关键字可以捕获异常。try/catch 代码块放在异常可能发生的地方。 try/catch代码块中的代码称为保护代码,使用 try/catch 的语法如下: try { // 程序代码 }catch(ExceptionName e1) { //Catch 块 } Catch 语句包含要捕获异常类型的声明。当保护代码块中发生一个异常时,try 后面的 catch 块就会被检查。 如果发生的异常包含在 catch 块中,异常会被传递到该 catch 块,这和传递一个参数到方法是一样。 实例 下面的例子中声明有两个元素的一个数组,当代码试图访问数组的第三个元素的时候就会抛出一个异常。 ExcepTest.java 文件代码: // 文件名 : ExcepTest.java import java.io.*; public class ExcepTest{ public static void main(String args[]){ try{ int a[] = new int[2]; System.out.println("Access element three :" + a[3]); }catch(ArrayIndexOutOfBoundsException e){ System.out.println("Exception thrown :" + e); } System.out.println("Out of the block"); } } 以上代码编译运行输出结果如下: Exception thrown :java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException: 3 Out of the block 多重捕获块 一个 try 代码块后面跟随多个 catch 代码块的情况就叫多重捕获。 多重捕获块的语法如下所示: try{ // 程序代码 }catch(异常类型1 异常的变量名1){ // 程序代码 }catch(异常类型2 异常的变量名2){ // 程序代码 }catch(异常类型3 异常的变量名3){ // 程序代码 } 上面的代码段包含了 3 个 catch块。 可以在 try 语句后面添加任意数量的 catch 块。 如果保护代码中发生异常,异常被抛给第一个 catch 块。 如果抛出异常的数据类型与 ExceptionType1 匹配,它在这里就会被捕获。 如果不匹配,它会被传递给第二个 catch 块。 如此,直到异常被捕获或者通过所有的 catch 块。 实例 该实例展示了怎么使用多重 try/catch。 try { file = new FileInputStream(fileName); x = (byte) file.read(); } catch(FileNotFoundException f) { // Not valid! f.printStackTrace(); return -1; } catch(IOException i) { i.printStackTrace(); return -1; } throws/throw 关键字: 如果一个方法没有捕获到一个检查性异常,那么该方法必须使用 throws 关键字来声明。throws 关键字放在方法签名的尾部。 也可以使用 throw 关键字抛出一个异常,无论它是新实例化的还是刚捕获到的。 下面方法的声明抛出一个 RemoteException 异常: import java.io.*; public class className { public void deposit(double amount) throws RemoteException { // Method implementation throw new RemoteException(); } //Remainder of class definition } 一个方法可以声明抛出多个异常,多个异常之间用逗号隔开。 例如,下面的方法声明抛出 RemoteException 和 InsufficientFundsException: import java.io.*; public class className { public void withdraw(double amount) throws RemoteException, InsufficientFundsException { // Method implementation } //Remainder of class definition } finally关键字 finally 关键字用来创建在 try 代码块后面执行的代码块。 无论是否发生异常,finally 代码块中的代码总会被执行。 在 finally 代码块中,可以运行清理类型等收尾善后性质的语句。 finally 代码块出现在 catch 代码块最后,语法如下: try{ // 程序代码 }catch(异常类型1 异常的变量名1){ // 程序代码 }catch(异常类型2 异常的变量名2){ // 程序代码 }finally{ // 程序代码 } 实例 ExcepTest.java 文件代码: public class ExcepTest{ public static void main(String args[]){ int a[] = new int[2]; try{ System.out.println("Access element three :" + a[3]); }catch(ArrayIndexOutOfBoundsException e){ System.out.println("Exception thrown :" + e); } finally{ a[0] = 6; System.out.println("First element value: " +a[0]); System.out.println("The finally statement is executed"); } } } 以上实例编译运行结果如下: Exception thrown :java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException: 3 First element value: 6 The finally statement is executed 注意下面事项: catch 不能独立于 try 存在。 在 try/catch 后面添加 finally 块并非强制性要求的。 try 代码后不能既没 catch 块也没 finally 块。 try, catch, finally 块之间不能添加任何代码。 声明自定义异常 在 Java 中你可以自定义异常。编写自己的异常类时需要记住下面的几点。 所有异常都必须是 Throwable 的子类。 如果希望写一个检查性异常类,则需要继承 Exception 类。 如果你想写一个运行时异常类,那么需要继承 RuntimeException 类。 可以像下面这样定义自己的异常类: class MyException extends Exception{ } 只继承Exception 类来创建的异常类是检查性异常类。 下面的 InsufficientFundsException 类是用户定义的异常类,它继承自 Exception。 一个异常类和其它任何类一样,包含有变量和方法。 实例 以下实例是一个银行账户的模拟,通过银行卡的号码完成识别,可以进行存钱和取钱的操作。 InsufficientFundsException.java 文件代码: // 文件名InsufficientFundsException.java import java.io.*; //自定义异常类,继承Exception类 public class InsufficientFundsException extends Exception { //此处的amount用来储存当出现异常(取出钱多于余额时)所缺乏的钱 private double amount; public InsufficientFundsException(double amount) { this.amount = amount; } public double getAmount() { return amount; } } 为了展示如何使用我们自定义的异常类, 在下面的 CheckingAccount 类中包含一个 withdraw() 方法抛出一个 InsufficientFundsException 异常。 CheckingAccount.java 文件代码: // 文件名称 CheckingAccount.java import java.io.*; //此类模拟银行账户 public class CheckingAccount { //balance为余额,number为卡号 private double balance; private int number; public CheckingAccount(int number) { this.number = number; } //方法:存钱 public void deposit(double amount) { balance += amount; } //方法:取钱 public void withdraw(double amount) throws InsufficientFundsException { if(amount <= balance) { balance -= amount; } else { double needs = amount - balance; throw new InsufficientFundsException(needs); } } //方法:返回余额 public double getBalance() { return balance; } //方法:返回卡号 public int getNumber() { return number; } } 下面的 BankDemo 程序示范了如何调用 CheckingAccount 类的 deposit() 和 withdraw() 方法。 BankDemo.java 文件代码: //文件名称 BankDemo.java public class BankDemo { public static void main(String [] args) { CheckingAccount c = new CheckingAccount(101); System.out.println("Depositing $500..."); c.deposit(500.00); try { System.out.println("\nWithdrawing $100..."); c.withdraw(100.00); System.out.println("\nWithdrawing $600..."); c.withdraw(600.00); }catch(InsufficientFundsException e) { System.out.println("Sorry, but you are short $" + e.getAmount()); e.printStackTrace(); } } } 编译上面三个文件,并运行程序 BankDemo,得到结果如下所示: Depositing $500... Withdrawing $100... Withdrawing $600... Sorry, but you are short $200.0 InsufficientFundsException at CheckingAccount.withdraw(CheckingAccount.java:25) at BankDemo.main(BankDemo.java:13) 通用异常 在Java中定义了两种类型的异常和错误。 JVM(Java虚拟机) 异常:由 JVM 抛出的异常或错误。例如:NullPointerException 类,ArrayIndexOutOfBoundsException 类,ClassCastException 类。 程序级异常:由程序或者API程序抛出的异常。例如 IllegalArgumentException 类,IllegalStateException 类。
游客2q7uranxketok 2021-02-07 20:08:10 0 浏览量 回答数 0

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你真的需要掌握多种语言吗?

你需要掌握多种语言吗? 我刚刚断送了我的事业。嗯,别人就是这么对我说的。 我的同事们知道了我要离开公司,大多数对此表示理解。让他们不解的是,我目前就职的公司是一家 Window...
oneapm_official 2019-12-01 21:00:49 7863 浏览量 回答数 0

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【Java学习全家桶】1460道Java热门问题,阿里百位技术专家答疑解惑

阿里极客公益活动: 或许你挑灯夜战只为一道难题 或许你百思不解只求一个答案 或许你绞尽脑汁只因一种未知 那么他们来了,阿里系技术专家来云栖问答为你解答技术难题了 他们用户自己手中的技术来帮助用户成长 本次活动特邀百位阿里技术专家对Java常...
管理贝贝 2019-12-01 20:07:15 27612 浏览量 回答数 19

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【精品问答】Java必备核心知识1000+(附源码)

为了方便Java开发者快速找到相关技术问题和答案,开发者社区策划了Java技术1000问内容,包含最基础的如何学Java、实践中遇到的技术问题、RocketMQ面试、Java容器部署实践等维度内容。 我们会以每...
问问小秘 2019-12-01 22:00:28 870 浏览量 回答数 1

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为什么要进行系统拆分?如何进行系统拆分?拆分后不用 dubbo 可以吗?【Java问答学堂】46期

面试题 为什么要进行系统拆分?如何进行系统拆分?拆分后不用 dubbo 可以吗? 面试官心理分析 从这个问题开始就进行分布式系统环节了,现在出去面试分布式都成标配了,...
剑曼红尘 2020-06-29 16:39:00 6 浏览量 回答数 1

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从业余程序员到职业程序员 程序员刚入行时,我觉得最重要的是把自己培养成职业的程序员。 我的程序员起步比同龄人都晚了很多,更不用说现在的年轻人了。我大学读的是生物专业,在上大学前基本算是完全没接触过计算机。军训的时候因为很无聊,我和室友每天跑去学校的机房玩,我现在还印象很深刻,我第一次走进机房的时候,别人问,你是要玩windows,还是dos,我那是完全的一抹黑。后来就只记得在机房一堆人都是在练习盲打,军训完,盲打倒是练的差不多了,对计算机就这么产生了浓厚的兴趣,大一的时候都是玩组装机,捣鼓了一些,对计算机的硬件有了那么一些了解。 到大二后,买了一些书开始学习当时最火的网页三剑客,学会了手写HTML、PS的基本玩法之类的,课余、暑假也能开始给人做做网站什么的(那个时候做网站真的好赚钱),可能那样过了个一年左右,做静态的网页就不好赚钱了,也不好找实习工作,于是就开始学asp,写些简单的CRUD,做做留言板、论坛这些动态程序,应该算是在这个阶段接触编程了。 毕业后加入了深圳的一家做政府行业软件的公司,一个非常靠谱和给我空间的Leader,使得自己在那几年有了不错的成长,终于成了一个职业的程序员。 通常来说,业余或半职业的程序员,多数是1个人,或者很小的一个团队一起开发,使得在开发流程、协作工具(例如jira、cvs/svn/git等)、测试上通常会有很大的欠缺,而职业的程序员在这方面则会专业很多。另外,通常职业的程序员做的系统都要运行较长的时间,所以在可维护性上会特别注意,这点我是在加入阿里后理解更深的。一个运行10年的系统,和一个写来玩玩的系统显然是有非常大差别的。 这块自己感觉也很难讲清楚,只能说模模糊糊有个这样的概念。通常在有兴趣的基础上,从业余程序员跨越到成为职业程序员我觉得不会太难。 编程能力的成长 作为程序员,最重要的能力始终是编程能力,就我自己的感受而言,我觉得编程能力的成长主要有这么几个部分: 1、编程能力初级:会用 编程,首先都是从学习编程语言的基本知识学起的,不论是什么编程语言,有很多共同的基本知识,例如怎么写第一个Hello World、if/while/for、变量等,因此我比较建议在刚刚开始学一门编程语言的时候,看看编程语言自己的一些文档就好,不要上来就去看一些高阶的书。我当年学Java的时候上来就看Think in Java、Effective Java之类的,真心好难懂。 除了看文档以外,编程是个超级实践的活,所以一定要多写代码,只有这样才能真正熟练起来。这也是为什么我还是觉得在面试的时候让面试者手写代码是很重要的,这个过程是非常容易判断写代码的熟悉程度的。很多人会说由于写代码都是高度依赖IDE的,导致手写很难,但我绝对相信写代码写了很多的人,手写一段不太复杂的、可运行的代码是不难的。即使像我这种三年多没写过代码的人,让我现在手写一段不太复杂的可运行的Java程序,还是没问题的,前面N年的写代码生涯使得很多东西已经深入骨髓了。 我觉得编程能力初级这个阶段对于大部分程序员来说都不会是问题,勤学苦练,是这个阶段的核心。 2、编程能力中级:会查和避免问题 除了初级要掌握的会熟练的使用编程语言去解决问题外,中级我觉得首先是提升查问题的能力。 在写代码的过程中,出问题是非常正常的,怎么去有效且高效的排查问题,是程序员群体中通常能感受到的大家在编程能力上最大的差距。 解决问题能力强的基本很容易在程序员群体里得到很高的认可。在查问题的能力上,首先要掌握的是一些基本的调试技巧,好用的调试工具,在Java里有JDK自带的jstat、jmap、jinfo,不在JDK里的有mat、gperf、btrace等。工欲善其事必先利其器,在查问题上是非常典型的,有些时候大家在查问题时的能力差距,有可能仅仅是因为别人比你多知道一个工具而已。 除了调试技巧和工具外,查问题的更高境界就是懂原理。一个懂原理的程序员在查问题的水平上和其他程序员是有明显差距的。我想很多的同学应该能感受到,有些时候查出问题的原因仅仅是因为有效的工具,知其然不知其所以然。 我给很多阿里的同学培训过Java排查问题的方法,在这个培训里,我经常也会讲到查问题的能力的培养最主要的也是熟练,多尝试给自己写一些会出问题的程序,多积极的看别人是怎么查问题的,多积极的去参与排查问题,很多最后查问题能力强的人多数仅仅是因为“无他,但手熟尔”。 我自己排查问题能力的提升主要是在2009年和2010年。那两年作为淘宝消防队(处理各种问题和故障的虚拟团队)的成员,处理了很多的故障和问题。当时消防队还有阿里最公认的技术大神——多隆,我向他学习到了很多排查问题的技巧。和他比,我排查问题的能力就是初级的那种。 印象最深刻的是一次我们一起查一个应用cpu us高的问题,我们两定位到是一段代码在某种输入参数的时候会造成cpu us高的原因后,我能想到的继续查的方法是去生产环境抓输入参数,然后再用参数来本地debug看是什么原因。但多隆在看了一会那段代码后,给了我一个输入参数,我拿这个参数一运行,果然cpu us很高!这种case不是一次两次。所以我经常和别人说,我是需要有问题场景才能排查出问题的,但多隆是完全有可能直接看代码就能看出问题的,这是本质的差距。 除了查问题外,更厉害的程序员是在写代码的过程就会很好的去避免问题。大家最容易理解的就是在写代码时处理各种异常情况,这里通常也是造成程序员们之间很大的差距的地方。 写一段正向逻辑的代码,大部分情况下即使有差距,也不会太大,但在怎么很好的处理这个过程中有可能出现的异常上,这个时候的功力差距会非常明显。很多时候一段代码里处理异常逻辑的部分都会超过正常逻辑的代码量。 我经常说,一个优秀程序员和普通程序员的差距,很多时候压根就不需要看什么满天飞的架构图,而只用show一小段的代码就可以。 举一个小case大家感受下。当年有一个严重故障,最后查出的原因是输入的参数里有一个是数组,把这个数组里的值作为参数去查数据库,结果前面输入了一个很大的数组,导致从数据库查了大量的数据,内存溢出了,很多程序员现在看都会明白对入参、出参的保护check,但类似这样的case我真的碰到了很多。 在中级这个阶段,我会推荐大家尽可能的多刻意的去培养下自己这两个方面的能力,成为一个能写出高质量代码、有效排查问题的优秀程序员。 3、编程能力高级:懂高级API和原理 就我自己的经历而言,我是在写了多年的Java代码后,才开始真正更细致的学习和掌握Java的一些更高级的API,我相信多数Java程序员也是如此。 我算是从2003年开始用Java写商业系统的代码,但直到在2007年加入淘宝后,才开始非常认真地学习Java的IO通信、并发这些部分的API。尽管以前也学过也写过一些这样的代码,但完全就是皮毛。当然,这些通常来说有很大部分的原因会是工作的相关性,多数的写业务系统的程序员可能基本就不需要用到这些,所以导致会很难懂这些相对高级一些的API,但这些API对真正的理解一门编程语言,我觉得至关重要。 在之前的程序员成长路线的文章里我也讲到了这个部分,在没有场景的情况下,只能靠自己去创造场景来学习好。我觉得只要有足够的兴趣,这个问题还是不大的,毕竟现在有各种开源,这些是可以非常好的帮助自己创造机会学习的,例如学Java NIO,可以自己基于NIO包一个框架,然后对比Netty,看看哪些写的是不如Netty的,这样会非常有助于真正的理解。 在学习高级API的过程中,以及排查问题的过程中,我自己越来越明白懂编程语言的运行原理是非常重要的,因此我到了后面的阶段开始学习Java的编译机制、内存管理、线程机制等。对于我这种非科班出身的而言,学这些会因为缺乏基础更难很多,但这些更原理性的东西学会了后,对自己的编程能力会有质的提升,包括以后学习其他编程语言的能力,学这些原理最好的方法我觉得是先看看一些讲相关知识的书,然后去翻看源码,这样才能真正的更好的掌握,最后是在以后写代码的过程中、查问题的过程中多结合掌握的原理,才能做到即使在N年后也不会忘。 在编程能力的成长上,我觉得没什么捷径。我非常赞同1万小时理论,在中级、高级阶段,如果有人指点或和优秀的程序员们共事,会好非常多。不过我觉得这个和读书也有点像,到了一定阶段后(例如高中),天分会成为最重要的分水岭,不过就和大部分行业一样,大部分的情况下都还没到拼天分的时候,只需要拼勤奋就好。 系统设计能力的成长 除了少数程序员会进入专深的领域,例如Linux Kernel、JVM,其他多数的程序员除了编程能力的成长外,也会越来越需要在系统设计能力上成长。 通常一个编程能力不错的程序员,在一定阶段后就会开始承担一个模块的工作,进而承担一个子系统、系统、跨多领域的更大系统等。 我自己在工作的第三年开始承担一个流程引擎的设计和实现工作,一个不算小的系统,并且也是当时那个项目里的核心部分。那个阶段我学会了一些系统设计的基本知识,例如需要想清楚整个系统的目标、模块的划分和职责、关键的对象设计等,而不是上来就开始写代码。但那个时候由于我是一个人写整个系统,所以其实对设计的感觉并还没有那么强力的感觉。 在那之后的几年也负责过一些系统,但总体感觉好像在系统设计上的成长没那么多,直到在阿里的经历,在系统设计上才有了越来越多的体会。(点击文末阅读原文,查看:我在系统设计上犯过的14个错,可以看到我走的一堆的弯路)。 在阿里有一次做分享,讲到我在系统设计能力方面的成长,主要是因为三段经历,负责专业领域系统的设计 -> 负责跨专业领域的专业系统的设计 -> 负责阿里电商系统架构级改造的设计。 第一段经历,是我负责HSF。HSF是一个从0开始打造的系统,它主要是作为支撑服务化的框架,是个非常专业领域的系统,放在整个淘宝电商的大系统来看,其实它就是一个很小的子系统,这段经历里让我最深刻的有三点: 1).要设计好这种非常专业领域的系统,专业的知识深度是非常重要的。我在最早设计HSF的几个框的时候,是没有设计好服务消费者/提供者要怎么和现有框架结合的,在设计负载均衡这个部分也反复了几次,这个主要是因为自己当时对这个领域掌握不深的原因造成的; 2). 太技术化。在HSF的阶段,出于情怀,在有一个版本里投入了非常大的精力去引进OSGi以及去做动态化,这个后来事实证明是个非常非常错误的决定,从这个点我才真正明白在设计系统时一定要想清楚目标,而目标很重要的是和公司发展阶段结合; 3). 可持续性。作为一个要在生产环境持续运行很多年的系统而言,怎么样让其在未来更可持续的发展,这个对设计阶段来说至关重要。这里最low的例子是最早设计HSF协议的时候,协议头里竟然没有版本号,导致后来升级都特别复杂;最典型的例子是HSF在早期缺乏了缺乏了服务Tracing这方面的设计,导致后面发现了这个地方非常重要后,全部落地花了长达几年的时间;又例如HSF早期缺乏Filter Chain的设计,导致很多扩展、定制化做起来非常不方便。 第二段经历,是做T4。T4是基于LXC的阿里的容器,它和HSF的不同是,它其实是一个跨多领域的系统,包括了单机上的容器引擎,容器管理系统,容器管理系统对外提供API,其他系统或用户通过这个来管理容器。这个系统发展过程也是各种犯错,犯错的主要原因也是因为领域掌握不深。在做T4的日子里,学会到的最重要的是怎么去设计这种跨多个专业领域的系统,怎么更好的划分模块的职责,设计交互逻辑,这段经历对我自己更为重要的意义是我有了做更大一些系统的架构的信心。 第三段经历,是做阿里电商的异地多活。这对我来说是真正的去做一个巨大系统的架构师,尽管我以前做HSF的时候参与了淘宝电商2.0-3.0的重大技术改造,但参与和自己主导是有很大区别的,这个架构改造涉及到了阿里电商众多不同专业领域的技术团队。在这个阶段,我学会的最主要的: 1). 子系统职责划分。在这种超大的技术方案中,很容易出现某些部分的职责重叠和冲突,这个时候怎么去划分子系统,就非常重要了。作为大架构师,这个时候要从团队的职责、团队的可持续性上去选择团队; 2). 大架构师最主要的职责是控制系统风险。对于这种超大系统,一定是多个专业领域的架构师和大架构师共同设计,怎么确保在执行的过程中对于系统而言最重要的风险能够被控制住,这是我真正的理解什么叫系统设计文档里设计原则的部分。 设计原则我自己觉得就是用来确保各个子系统在设计时都会遵循和考虑的,一定不能是虚的东西,例如在异地多活架构里,最重要的是如何控制数据风险,这个需要在原则里写上,最基本的原则是可接受系统不可用,但也要保障数据一致,而我看过更多的系统设计里设计原则只是写写的,或者千篇一律的,设计原则切实的体现了架构师对目标的理解(例如当时异地多活这个其实开始只是个概念,但做到什么程度才叫做到异地多活,这是需要解读的,也要确保在技术层面的设计上是达到了目标的),技术方案层面上的选择原则,并确保在细节的设计方案里有对于设计原则的承接以及执行; 3). 考虑问题的全面性。像异地多活这种大架构改造,涉及业务层面、各种基础技术层面、基础设施层面,对于执行节奏的决定要综合考虑人力投入、机器成本、基础设施布局诉求、稳定性控制等,这会比只是做一个小的系统的设计复杂非常多。 系统设计能力的成长,我自己觉得最重要的一是先在一两个技术领域做到专业,然后尽量扩大自己的知识广度。例如除了自己的代码部分外,还应该知道具体是怎么部署的,部署到哪去了,部署的环境具体是怎么样的,和整个系统的关系是什么样的。 像我自己,是在加入基础设施团队后才更加明白有些时候软件上做的一个决策,会导致基础设施上巨大的硬件、网络或机房的投入,但其实有可能只需要在软件上做些调整就可以避免,做做研发、做做运维可能是比较好的把知识广度扩大的方法。 第二点是练习自己做tradeoff的能力,这个比较难,做tradeoff这事需要综合各种因素做选择,但这也是所有的架构师最关键的,可以回头反思下自己在做各种系统设计时做出的tradeoff是什么。这个最好是亲身经历,听一些有经验的架构师分享他们选择背后的逻辑也会很有帮助,尤其是如果恰好你也在同样的挑战阶段,光听最终的架构结果其实大多数时候帮助有限。 技术Leader我觉得最好是能在架构师的基础上,后续注重成长的方面还是有挺大差别,就不在这篇里写了,后面再专门来写一篇。 程序员金字塔 我认为程序员的价值关键体现在作品上,被打上作品标签是一种很大的荣幸,作品影响程度的大小我觉得决定了金字塔的层次,所以我会这么去理解程序员的金字塔。 当然,要打造一款作品,仅有上面的两点能力是不够的,作品里很重要的一点是对业务、技术趋势的判断。 希望作为程序员的大伙,都能有机会打造一款世界级的作品,去为技术圈的发展做出贡献。 由于目前IT技术更新速度还是很快的,程序员这个行当是特别需要学习能力的。我一直认为,只有对程序员这个职业真正的充满兴趣,保持自驱,才有可能在这个职业上做好,否则的话是很容易淘汰的。 作者简介: 毕玄,2007年加入阿里,十多年来主要从事在软件基础设施领域,先后负责阿里的服务框架、Hbase、Sigma、异地多活等重大的基础技术产品和整体架构改造。
茶什i 2020-01-10 15:19:35 0 浏览量 回答数 0

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如果对什么是线程、什么是进程仍存有疑惑,请先Google之,因为这两个概念不在本文的范围之内。 用多线程只有一个目的,那就是更好的利用cpu的资源,因为所有的多线程代码都可以用单线程来实现。说这个话其实只有一半对,因为反应“多角色”的程序代码,最起码每个角色要给他一个线程吧,否则连实际场景都无法模拟,当然也没法说能用单线程来实现:比如最常见的“生产者,消费者模型”。 很多人都对其中的一些概念不够明确,如同步、并发等等,让我们先建立一个数据字典,以免产生误会。 多线程:指的是这个程序(一个进程)运行时产生了不止一个线程 并行与并发: 并行:多个cpu实例或者多台机器同时执行一段处理逻辑,是真正的同时。 并发:通过cpu调度算法,让用户看上去同时执行,实际上从cpu操作层面不是真正的同时。并发往往在场景中有公用的资源,那么针对这个公用的资源往往产生瓶颈,我们会用TPS或者QPS来反应这个系统的处理能力。 并发与并行 线程安全:经常用来描绘一段代码。指在并发的情况之下,该代码经过多线程使用,线程的调度顺序不影响任何结果。这个时候使用多线程,我们只需要关注系统的内存,cpu是不是够用即可。反过来,线程不安全就意味着线程的调度顺序会影响最终结果,如不加事务的转账代码: void transferMoney(User from, User to, float amount){ to.setMoney(to.getBalance() + amount); from.setMoney(from.getBalance() - amount); } 同步:Java中的同步指的是通过人为的控制和调度,保证共享资源的多线程访问成为线程安全,来保证结果的准确。如上面的代码简单加入@synchronized关键字。在保证结果准确的同时,提高性能,才是优秀的程序。线程安全的优先级高于性能。 好了,让我们开始吧。我准备分成几部分来总结涉及到多线程的内容: 扎好马步:线程的状态 内功心法:每个对象都有的方法(机制) 太祖长拳:基本线程类 九阴真经:高级多线程控制类 扎好马步:线程的状态 先来两张图: 线程状态 线程状态转换 各种状态一目了然,值得一提的是"blocked"这个状态:线程在Running的过程中可能会遇到阻塞(Blocked)情况 调用join()和sleep()方法,sleep()时间结束或被打断,join()中断,IO完成都会回到Runnable状态,等待JVM的调度。 调用wait(),使该线程处于等待池(wait blocked pool),直到notify()/notifyAll(),线程被唤醒被放到锁定池(lock blocked pool ),释放同步锁使线程回到可运行状态(Runnable) 对Running状态的线程加同步锁(Synchronized)使其进入(lock blocked pool ),同步锁被释放进入可运行状态(Runnable)。 此外,在runnable状态的线程是处于被调度的线程,此时的调度顺序是不一定的。Thread类中的yield方法可以让一个running状态的线程转入runnable。内功心法:每个对象都有的方法(机制) synchronized, wait, notify 是任何对象都具有的同步工具。让我们先来了解他们 monitor 他们是应用于同步问题的人工线程调度工具。讲其本质,首先就要明确monitor的概念,Java中的每个对象都有一个监视器,来监测并发代码的重入。在非多线程编码时该监视器不发挥作用,反之如果在synchronized 范围内,监视器发挥作用。 wait/notify必须存在于synchronized块中。并且,这三个关键字针对的是同一个监视器(某对象的监视器)。这意味着wait之后,其他线程可以进入同步块执行。 当某代码并不持有监视器的使用权时(如图中5的状态,即脱离同步块)去wait或notify,会抛出java.lang.IllegalMonitorStateException。也包括在synchronized块中去调用另一个对象的wait/notify,因为不同对象的监视器不同,同样会抛出此异常。 再讲用法: synchronized单独使用: 代码块:如下,在多线程环境下,synchronized块中的方法获取了lock实例的monitor,如果实例相同,那么只有一个线程能执行该块内容 复制代码 public class Thread1 implements Runnable { Object lock; public void run() { synchronized(lock){ ..do something } } } 复制代码 直接用于方法: 相当于上面代码中用lock来锁定的效果,实际获取的是Thread1类的monitor。更进一步,如果修饰的是static方法,则锁定该类所有实例。 public class Thread1 implements Runnable { public synchronized void run() { ..do something } } synchronized, wait, notify结合:典型场景生产者消费者问题 复制代码 /** * 生产者生产出来的产品交给店员 */ public synchronized void produce() { if(this.product >= MAX_PRODUCT) { try { wait(); System.out.println("产品已满,请稍候再生产"); } catch(InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } return; } this.product++; System.out.println("生产者生产第" + this.product + "个产品."); notifyAll(); //通知等待区的消费者可以取出产品了 } /** * 消费者从店员取产品 */ public synchronized void consume() { if(this.product <= MIN_PRODUCT) { try { wait(); System.out.println("缺货,稍候再取"); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } return; } System.out.println("消费者取走了第" + this.product + "个产品."); this.product--; notifyAll(); //通知等待去的生产者可以生产产品了 } 复制代码 volatile 多线程的内存模型:main memory(主存)、working memory(线程栈),在处理数据时,线程会把值从主存load到本地栈,完成操作后再save回去(volatile关键词的作用:每次针对该变量的操作都激发一次load and save)。 volatile 针对多线程使用的变量如果不是volatile或者final修饰的,很有可能产生不可预知的结果(另一个线程修改了这个值,但是之后在某线程看到的是修改之前的值)。其实道理上讲同一实例的同一属性本身只有一个副本。但是多线程是会缓存值的,本质上,volatile就是不去缓存,直接取值。在线程安全的情况下加volatile会牺牲性能。太祖长拳:基本线程类 基本线程类指的是Thread类,Runnable接口,Callable接口Thread 类实现了Runnable接口,启动一个线程的方法:  MyThread my = new MyThread();  my.start(); Thread类相关方法:复制代码 //当前线程可转让cpu控制权,让别的就绪状态线程运行(切换)public static Thread.yield() //暂停一段时间public static Thread.sleep() //在一个线程中调用other.join(),将等待other执行完后才继续本线程。    public join()//后两个函数皆可以被打断public interrupte() 复制代码 关于中断:它并不像stop方法那样会中断一个正在运行的线程。线程会不时地检测中断标识位,以判断线程是否应该被中断(中断标识值是否为true)。终端只会影响到wait状态、sleep状态和join状态。被打断的线程会抛出InterruptedException。Thread.interrupted()检查当前线程是否发生中断,返回booleansynchronized在获锁的过程中是不能被中断的。 中断是一个状态!interrupt()方法只是将这个状态置为true而已。所以说正常运行的程序不去检测状态,就不会终止,而wait等阻塞方法会去检查并抛出异常。如果在正常运行的程序中添加while(!Thread.interrupted()) ,则同样可以在中断后离开代码体 Thread类最佳实践:写的时候最好要设置线程名称 Thread.name,并设置线程组 ThreadGroup,目的是方便管理。在出现问题的时候,打印线程栈 (jstack -pid) 一眼就可以看出是哪个线程出的问题,这个线程是干什么的。 如何获取线程中的异常 不能用try,catch来获取线程中的异常Runnable 与Thread类似Callable future模式:并发模式的一种,可以有两种形式,即无阻塞和阻塞,分别是isDone和get。其中Future对象用来存放该线程的返回值以及状态 ExecutorService e = Executors.newFixedThreadPool(3); //submit方法有多重参数版本,及支持callable也能够支持runnable接口类型.Future future = e.submit(new myCallable());future.isDone() //return true,false 无阻塞future.get() // return 返回值,阻塞直到该线程运行结束 九阴真经:高级多线程控制类 以上都属于内功心法,接下来是实际项目中常用到的工具了,Java1.5提供了一个非常高效实用的多线程包:java.util.concurrent, 提供了大量高级工具,可以帮助开发者编写高效、易维护、结构清晰的Java多线程程序。1.ThreadLocal类 用处:保存线程的独立变量。对一个线程类(继承自Thread)当使用ThreadLocal维护变量时,ThreadLocal为每个使用该变量的线程提供独立的变量副本,所以每一个线程都可以独立地改变自己的副本,而不会影响其它线程所对应的副本。常用于用户登录控制,如记录session信息。 实现:每个Thread都持有一个TreadLocalMap类型的变量(该类是一个轻量级的Map,功能与map一样,区别是桶里放的是entry而不是entry的链表。功能还是一个map。)以本身为key,以目标为value。主要方法是get()和set(T a),set之后在map里维护一个threadLocal -> a,get时将a返回。ThreadLocal是一个特殊的容器。2.原子类(AtomicInteger、AtomicBoolean……) 如果使用atomic wrapper class如atomicInteger,或者使用自己保证原子的操作,则等同于synchronized //返回值为booleanAtomicInteger.compareAndSet(int expect,int update) 该方法可用于实现乐观锁,考虑文中最初提到的如下场景:a给b付款10元,a扣了10元,b要加10元。此时c给b2元,但是b的加十元代码约为:复制代码 if(b.value.compareAndSet(old, value)){ return ;}else{ //try again // if that fails, rollback and log} 复制代码 AtomicReference对于AtomicReference 来讲,也许对象会出现,属性丢失的情况,即oldObject == current,但是oldObject.getPropertyA != current.getPropertyA。这时候,AtomicStampedReference就派上用场了。这也是一个很常用的思路,即加上版本号3.Lock类  lock: 在java.util.concurrent包内。共有三个实现: ReentrantLockReentrantReadWriteLock.ReadLockReentrantReadWriteLock.WriteLock 主要目的是和synchronized一样, 两者都是为了解决同步问题,处理资源争端而产生的技术。功能类似但有一些区别。 区别如下:复制代码 lock更灵活,可以自由定义多把锁的枷锁解锁顺序(synchronized要按照先加的后解顺序)提供多种加锁方案,lock 阻塞式, trylock 无阻塞式, lockInterruptily 可打断式, 还有trylock的带超时时间版本。本质上和监视器锁(即synchronized是一样的)能力越大,责任越大,必须控制好加锁和解锁,否则会导致灾难。和Condition类的结合。性能更高,对比如下图: 复制代码 synchronized和Lock性能对比 ReentrantLock    可重入的意义在于持有锁的线程可以继续持有,并且要释放对等的次数后才真正释放该锁。使用方法是: 1.先new一个实例 static ReentrantLock r=new ReentrantLock(); 2.加锁       r.lock()或r.lockInterruptibly(); 此处也是个不同,后者可被打断。当a线程lock后,b线程阻塞,此时如果是lockInterruptibly,那么在调用b.interrupt()之后,b线程退出阻塞,并放弃对资源的争抢,进入catch块。(如果使用后者,必须throw interruptable exception 或catch)     3.释放锁    r.unlock() 必须做!何为必须做呢,要放在finally里面。以防止异常跳出了正常流程,导致灾难。这里补充一个小知识点,finally是可以信任的:经过测试,哪怕是发生了OutofMemoryError,finally块中的语句执行也能够得到保证。 ReentrantReadWriteLock 可重入读写锁(读写锁的一个实现)   ReentrantReadWriteLock lock = new ReentrantReadWriteLock()  ReadLock r = lock.readLock();  WriteLock w = lock.writeLock(); 两者都有lock,unlock方法。写写,写读互斥;读读不互斥。可以实现并发读的高效线程安全代码4.容器类 这里就讨论比较常用的两个: BlockingQueueConcurrentHashMap BlockingQueue阻塞队列。该类是java.util.concurrent包下的重要类,通过对Queue的学习可以得知,这个queue是单向队列,可以在队列头添加元素和在队尾删除或取出元素。类似于一个管  道,特别适用于先进先出策略的一些应用场景。普通的queue接口主要实现有PriorityQueue(优先队列),有兴趣可以研究 BlockingQueue在队列的基础上添加了多线程协作的功能: BlockingQueue 除了传统的queue功能(表格左边的两列)之外,还提供了阻塞接口put和take,带超时功能的阻塞接口offer和poll。put会在队列满的时候阻塞,直到有空间时被唤醒;take在队 列空的时候阻塞,直到有东西拿的时候才被唤醒。用于生产者-消费者模型尤其好用,堪称神器。 常见的阻塞队列有: ArrayListBlockingQueueLinkedListBlockingQueueDelayQueueSynchronousQueue ConcurrentHashMap高效的线程安全哈希map。请对比hashTable , concurrentHashMap, HashMap5.管理类 管理类的概念比较泛,用于管理线程,本身不是多线程的,但提供了一些机制来利用上述的工具做一些封装。了解到的值得一提的管理类:ThreadPoolExecutor和 JMX框架下的系统级管理类 ThreadMXBeanThreadPoolExecutor如果不了解这个类,应该了解前面提到的ExecutorService,开一个自己的线程池非常方便:复制代码 ExecutorService e = Executors.newCachedThreadPool(); ExecutorService e = Executors.newSingleThreadExecutor(); ExecutorService e = Executors.newFixedThreadPool(3); // 第一种是可变大小线程池,按照任务数来分配线程, // 第二种是单线程池,相当于FixedThreadPool(1) // 第三种是固定大小线程池。 // 然后运行 e.execute(new MyRunnableImpl()); 复制代码 该类内部是通过ThreadPoolExecutor实现的,掌握该类有助于理解线程池的管理,本质上,他们都是ThreadPoolExecutor类的各种实现版本。请参见javadoc: ThreadPoolExecutor参数解释 翻译一下:复制代码 corePoolSize:池内线程初始值与最小值,就算是空闲状态,也会保持该数量线程。maximumPoolSize:线程最大值,线程的增长始终不会超过该值。keepAliveTime:当池内线程数高于corePoolSize时,经过多少时间多余的空闲线程才会被回收。回收前处于wait状态unit:时间单位,可以使用TimeUnit的实例,如TimeUnit.MILLISECONDS workQueue:待入任务(Runnable)的等待场所,该参数主要影响调度策略,如公平与否,是否产生饿死(starving)threadFactory:线程工厂类,有默认实现,如果有自定义的需要则需要自己实现ThreadFactory接口并作为参数传入。 阿里云优惠券地址https://promotion.aliyun.com/ntms/yunparter/invite.html?userCode=nb3paa5b
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Go 的优势在于能够将简单的和经过验证的想法结合起来,同时避免了其他语言中出现的许多问题。本文概述了 Go 背后的一些设计原则和工程智慧,作者认为,Go 语言具备的所有这些优点,将共同推动其成为接替 Java 并主导下一代大型软件开发平台的最有力的编程语言候选。很多优秀的编程语言只是在个别领域比较强大,如果将所有因素都纳入考虑,没有其他语言能够像 Go 语言一样“全面开花”,在大型软件工程方面,尤为如此。 基于现实经验 Go 是由经验丰富的软件行业老手一手创建的,长期以来,他们对现有语言的各种缺点有过切身体会的痛苦经历。几十年前,Rob Pike 和 Ken Thompson 在 Unix、C 和 Unicode 的发明中起到了重要作用。Robert Griensemer 在为 JavaScript 和 Java 开发 V8 和 HotSpot 虚拟机之后,在编译器和垃圾收集方面拥有数十年的经验。有太多次,他们不得不等待 Google 规模的 C++/Java 代码库进行编译。于是,他们开始着手创建新的编程语言,将他们半个世纪以来的编写代码所学到的一切经验包含进去。 专注于大型工程 小型工程项目几乎可以用任何编程语言来成功构建。当成千上万的开发人员在数十年的持续时间压力下,在包含数千万行代码的大型代码库上进行协作时,就会发生真正令人痛苦的问题。这样会导致一些问题,如下: 较长的编译时间导致中断开发。代码库由几个人 / 团队 / 部门 / 公司所拥有,混合了不同的编程风格。公司雇佣了数千名工程师、架构师、测试人员、运营专家、审计员、实习生等,他们需要了解代码库,但也具备广泛的编码经验。依赖于许多外部库或运行时,其中一些不再以原始形式存在。在代码库的生命周期中,每行代码平均被重写 10 次,被弄得千疮百痍,而且还会发生技术偏差。文档不完整。 Go 注重减轻这些大型工程的难题,有时会以使小型工程变得更麻烦为代价,例如,代码中到处都需要几行额外的代码行。 注重可维护性 Go 强调尽可能多地将工作转给自动化的代码维护工具中。Go 工具链提供了最常用的功能,如格式化代码和导入、查找符号的定义和用法、简单的重构以及代码异味的识别。由于标准化的代码格式和单一的惯用方式,机器生成的代码更改看起来非常接近 Go 中人为生成的更改并使用类似的模式,从而允许人机之间更加无缝地协作。 保持简单明了 初级程序员为简单的问题创建简单的解决方案。高级程序员为复杂的问题创建复杂的解决方案。伟大的程序员找到复杂问题的简单解决方案。 ——Charles Connell 让很多人惊讶的一点是,Go 居然不包含他们喜欢的其他语言的概念。Go 确实是一种非常小巧而简单的语言,只包含正交和经过验证的概念的最小选择。这鼓励开发人员用最少的认知开销来编写尽可能简单的代码,以便许多其他人可以理解并使用它。 使事情清晰明了 良好的代码总是显而易见的,避免了那些小聪明、难以理解的语言特性、诡异的控制流和兜圈子。 许多语言都致力提高编写代码的效率。然而,在其生命周期中,人们阅读代码的时间却远远超过最初编写代码所需的时间(100 倍)。例如,审查、理解、调试、更改、重构或重用代码。在查看代码时,往往只能看到并理解其中的一小部分,通常不会有完整的代码库概述。为了解释这一点,Go 将所有内容都明确出来。 错误处理就是一个例子。让异常在各个点中断代码并在调用链上冒泡会更容易。Go 需要手动处理和返回每个错误。这使得它可以准确地显示代码可以被中断的位置以及如何处理或包装错误。总的来说,这使得错误处理编写起来更加繁琐,但是也更容易理解。 简单易学 Go 是如此的小巧而简单,以至于人们可以在短短几天内就能研究通整个语言及其基本概念。根据我们的经验,培训用不了一个星期(相比于掌握其他语言需要几个月),初学者就能够理解 Go 专家编写的代码,并为之做出贡献。为了方便吸引更多的用户,Go 网站提供了所有必要的教程和深入研究的文章。这些教程在浏览器中运行,允许人们在将 Go 安装到本地计算机上之前就能够学习和使用 Go。 解决之道 Go 强调的是团队之间的合作,而不是个人的自我表达。 在 Go(和 Python)中,所有的语言特性都是相互正交和互补的,通常有一种方法可以做一些事情。如果你想让 10 个 Python 或 Go 程序员来解决同一个问题,你将会得到 10 个相对类似的解决方案。不同的程序员在彼此的代码库中感觉更自在。在查看其他人的代码时,国骂会更少,而且人们的工作可以更好地融合在一起,从而形成了一致的整体,人人都为之感到自豪,并乐于工作。这还避免了大型工程的问题,如: 开发人员认为良好的工作代码很“混乱”,并要求在开始工作之前进行重写,因为他们的思维方式与原作者不同。 不同的团队成员使用不同的语言子集来编写相同代码库的部分内容。 ![image.png](https://ucc.alicdn.com/pic/developer-ecology/e64418f1455d46aaacfdd03fa949f16d.png) 简单、内置的并发性 Go 专为现代多核硬件设计。 目前使用的大多数编程语言(Java、JavaScript、Python、Ruby、C、C++)都是 20 世纪 80 年代到 21 世纪初设计的,当时大多数 CPU 只有一个计算内核。这就是为什么它们本质上是单线程的,并将并行化视为边缘情况的马后炮。通过现成和同步点之类的附加组件来实现,而这些附加组件既麻烦又难以正确使用。第三方库虽然提供了更简单的并发形式,如 Actor 模型,但是总有多个可用选项,结果导致了语言生态系统的碎片化。今天的硬件拥有越来越多的计算内核,软件必须并行化才能高效运行。Go 是在多核处理器时代编写的,并且在语言中内置了简单、高级的 CSP 风格并发性。 面向计算的语言原语 就深层而言,计算机系统接收数据,对其进行处理(通常要经过几个步骤),然后输出结果数据。例如,Web 服务器从客户端接收 HTTP 请求,并将其转换为一系列数据库或后端调用。一旦这些调用返回,它就将接收到的数据转换成 HTML 或 JSON 并将其输出给调用者。Go 的内置语言原语直接支持这种范例: 结构表示数据 读和写代表流式 IO 函数过程数据 goroutines 提供(几乎无限的)并发性 在并行处理步骤之间传输管道数据 因为所有的计算原语都是由语言以直接形式提供的,因此 Go 源代码更直接地表达了服务器执行的操作。 OO — 好的部分 更改基类中的某些内容的副作用 面向对象非常有用。过去几十年来,面向对象的使用富有成效,并让我们了解了它的哪些部分比其他部分能够更好地扩展。Go 在面向对象方面采用了一种全新的方法,并记住了这些知识。它保留了好的部分,如封装、消息传递等。Go 还避免了继承,因为它现在被认为是有害的,并为组合提供了一流的支持。 现代标准库 目前使用的许多编程语言(Java、JavaScript、Python、Ruby)都是在互联网成为当今无处不在的计算平台之前设计的。因此,这些语言的标准库只提供了相对通用的网络支持,而这些网络并没有针对现代互联网进行优化。Go 是十年前创建的,当时互联网已全面发展。Go 的标准库允许在没有第三方库的情况下创建更复杂的网络服务。这就避免了第三方库的常见问题: 碎片化:总是有多个选项实现相同的功能。 膨胀:库常常实现的不仅仅是它们的用途。 依赖地狱:库通常依赖于特定版本的其他库。 未知质量:第三方代码的质量和安全性可能存在问题。 未知支持:第三方库的开发可能随时停止支持。 意外更改:第三方库通常不像标准库那样严格地进行版本控制。 关于这方面更多的信息请参考 Russ Cox 提供的资料 标准化格式 Gofmt 的风格没有人会去喜欢,但人人都会喜欢 gofmt。 ——Rob Pike Gofmt 是一种以标准化方式来格式化 Go 代码的程序。它不是最漂亮的格式化方式,但却是最简单、最不令人生厌的格式化方式。标准化的源代码格式具有惊人的积极影响: 集中讨论重要主题: 它消除了围绕制表符和空格、缩进深度、行长、空行、花括号的位置等一系列争论。 开发人员在彼此的代码库中感觉很自在, 因为其他代码看起来很像他们编写的代码。每个人都喜欢自由地按照自己喜欢的方式进行格式化代码,但如果其他人按照自己喜欢的方式格式化了代码,这么做很招人烦。 自动代码更改并不会打乱手写代码的格式,例如引入了意外的空白更改。 许多其他语言社区现在正在开发类似 gofmt 的东西。当作为第三方解决方案构建时,通常会有几个相互竞争的格式标准。例如,JavaScript 提供了 Prettier 和 StandardJS。这两者都可以用,也可以只使用其中的一个。但许多 JS 项目并没有采用它们,因为这是一个额外的决策。Go 的格式化程序内置于该语言的标准工具链中,因此只有一个标准,每个人都在使用它。 快速编译 ![image.png](https://ucc.alicdn.com/pic/developer-ecology/8a76f3f07f484266af42781d9e7b8692.png) 对于大型代码库来说,它们长时间的编译是促使 Go 诞生的原因。Google 主要使用的是 C++ 和 Java,与 Haskell、Scala 或 Rust 等更复杂的语言相比,它们的编译速度相对较快。尽管如此,当编译大型代码库时,即使是少量的缓慢也会加剧编译的延迟,从而激怒开发人员,并干扰流程。Go 的设计初衷是为了提高编译效率,因此它的编译器速度非常快,几乎没有编译延迟的现象。这给 Go 开发人员提供了与脚本类语言类似的即时反馈,还有静态类型检查的额外好处。 交叉编译 由于语言运行时非常简单,因此它被移植到许多平台,如 macOS、Linux、Windows、BSD、ARM 等。Go 可以开箱即用地为所有这些平台编译二进制文件。这使得从一台机器进行部署变得很容易。 快速执行 Go 的运行速度接近于 C。与 JITed 语言(Java、JavaScript、Python 等)不同,Go 二进制文件不需要启动或预热的时间,因为它们是作为编译和完全优化的本地代码的形式发布的。Go 的垃圾收集器仅引入微秒量级的可忽略的停顿。除了快速的单核性能外,Go 还可以轻松利用所有的 CPU 内核。 内存占用小 像 JVM、Python 或 Node 这样的运行时不仅仅在运行时加载程序代码,每次运行程序时,它们还会加载大型且高度复杂的基础架构,以进行编译和优化程序。如此一来,它们的启动时间就变慢了,并且还占用了大量内存(数百兆字节)。而 Go 进程的开销更小,因为它们已经完全编译和优化,只需运行即可。Go 还以非常节省内存的方式来存储数据。在内存有限且昂贵的云环境中,以及在开发过程中,这一点非常重要。我们希望在一台机器上能够快速启动整个堆栈,同时将内存留给其他软件。 部署规模小 Go 的二进制文件大小非常简洁。Go 应用程序的 Docker 镜像通常比用 Java 或 Node 编写的等效镜像要小 10 倍,这是因为它无需包含编译器、JIT,以及更少的运行时基础架构的原因。这些特点,在部署大型应用程序时很重要。想象一下,如果要将一个简单的应用程序部署到 100 个生产服务器上会怎么样?如果使用 Node/JVM 时,我们的 Docker 注册表就必须提供 100 个 docker 镜像,每个镜像 200MB,那么一共就需要 20GB。要完成这些部署就需要一些时间。想象一下,如果我们想每天部署 100 次的话,如果使用 Go 服务,那么 Docker 注册表只需提供 10 个 docker 镜像,每个镜像只有 20MB,共只需 2GB 即可。大型 Go 应用程序可以更快、更频繁地部署,从而使得重要更新能够更快地部署到生产环境中。 独立部署 Go 应用程序部署为一个包含所有依赖项的单个可执行文件,并无需安装特定版本的 JVM、Node 或 Python 运行时;也不必将库下载到生产服务器上,更无须对运行 Go 二进制文件的机器进行任何更改。甚至也不需要讲 Go 二进制文件包装到 Docker 来共享他们。你需要做的是,只是将 Go 二进制文件放到服务器上,它就会在那里运行,而不用关心服务器运行的是什么。前面所提到的那些,唯一的例外是使用net和os/user包时针对对glibc的动态链接。 供应依赖关系 Go 有意识避免使用第三方库的中央存储库。Go 应用程序直接链接到相应的 Git 存储库,并将所有相关代码下载(供应)到自己的代码库中。这样做有很多好处: 在使用第三方代码之前,我们可以对其进行审查、分析和测试。该代码就和我们自己的代码一样,是我们应用程序的一部分,应该遵循相同的质量、安全性和可靠性标准。 无需永久访问存储依赖项的各个位置。从任何地方(包括私有 Git repos)获取第三方库,你就能永久拥有它们。 经过验收后,编译代码库无需进一步下载依赖项。 若互联网某处的代码存储库突然提供不同的代码,这也并不足为奇。 即使软件包存储库速度变慢,或托管包不复存在,部署也不会因此中断。 兼容性保证 Go 团队承诺现有的程序将会继续适用于新一代语言。这使得将大型项目升级到最新版本的编译器会非常容易,并且可从它们带来的许多性能和安全性改进中获益。同时,由于 Go 二进制文件包含了它们需要的所有依赖项,因此可以在同一服务器上并行运行使用不同版本的 Go 编译器编译的二进制文件,而无需进行复杂的多个版本的运行时设置或虚拟化。 文档 在大型工程中,文档对于使软件可访问性和可维护性非常重要。与其他特性类似,Go 中的文档简单实用: 由于它是嵌入到源代码中的,因此两者可以同时维护。 它不需要特殊的语法,文档只是普通的源代码注释。 可运行单元测试通常是最好的文档形式。因此 Go 要求将它们嵌入到文档中。 所有的文档实用程序都内置在工具链中,因此每个人都使用它们。 Go linter 需要导出元素的文档,以防止“文档债务”的积累。 商业支持的开源 当商业实体在开放式环境下开发时,那么一些最流行的、经过彻底设计的软件就会出现。这种设置结合了商业软件开发的优势——一致性和精细化,使系统更为健壮、可靠、高效,并具有开放式开发的优势,如来自许多行业的广泛支持,多个大型实体和许多用户的支持,以及即使商业支持停止的长期支持。Go 就是这样发展起来的。 缺点 当然,Go 也并非完美无缺,每种技术选择都是有利有弊。在决定选择 Go 之前,有几个方面需要进行考虑考虑。 未成熟 虽然 Go 的标准库在支持许多新概念(如 HTTP 2 Server push 等)方面处于行业领先地位,但与 JVM 生态系统中的第三方库相比,用于外部 API 的第三方 Go 库可能不那么成熟。 即将到来的改进 由于清楚几乎不可能改变现有的语言元素,Go 团队非常谨慎,只在新特性完全开发出来后才添加新特性。在经历了 10 年的有意稳定阶段之后,Go 团队正在谋划对语言进行一系列更大的改进,作为 Go 2.0 之旅的一部分。 无硬实时 虽然 Go 的垃圾收集器只引入了非常短暂的停顿,但支持硬实时需要没有垃圾收集的技术,例如 Rust。 结语 本文详细介绍了 Go 语言的一些优秀的设计准则,虽然有的准则的好处平常看起来没有那么明显。但当代码库和团队规模增长几个数量级时,这些准则可能会使大型工程项目免于许多痛苦。总的来说,正是这些设计准则让 Go 语言成为了除 Java 之外的编程语言里,用于大型软件开发项目的绝佳选择。
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