interface

Go语言里面设计最精妙的应该算interface，它让面向对象，内容组织实现非常的方便，相信你会被interface的巧妙设计所折服。

什么是interface

简单的说，interface是一组method签名的组合，我们通过interface来定义对象的一组行为。

我们前面最后一个例子中Student和Employee都能SayHi，虽然他们的内部实现不一样，但是那不重要，重要的是他们都能say hi

让我们来继续做更多的扩展，Student和Employee实现另一个方法Sing，然后Student实现方法BorrowMoney而Employee实现SpendSalary。

这样Student实现了三个方法：SayHi、Sing、BorrowMoney；而Employee实现了SayHi、Sing、SpendSalary。

上面这些方法的组合称为interface(被对象Student和Employee实现)。例如Student和Employee都实现了interface：SayHi和Sing，也就是这两个对象是该interface类型。而Employee没有实现这个interface：SayHi、Sing和BorrowMoney，因为Employee没有实现BorrowMoney这个方法

interface类型

interface类型定义了一组方法，如果某个对象实现了某个接口的所有方法，则此对象就实现了此接口。详细的语法参考下面这个例子

type Human struct {
	name string
	age int
	phone string
}

type Student struct {
	Human //匿名字段Human
	school string
	loan float32
}

type Employee struct {
	Human //匿名字段Human
	company string
	money float32
}

//Human对象实现Sayhi方法
func (h *Human) SayHi() {
	fmt.Printf("Hi, I am %s you can call me on %s\n", h.name, h.phone)
}

// Human对象实现Sing方法
func (h *Human) Sing(lyrics string) {
	fmt.Println("La la, la la la, la la la la la...", lyrics)
}

//Human对象实现Guzzle方法
func (h *Human) Guzzle(beerStein string) {
	fmt.Println("Guzzle Guzzle Guzzle...", beerStein)
}

// Employee重载Human的Sayhi方法
func (e *Employee) SayHi() {
	fmt.Printf("Hi, I am %s, I work at %s. Call me on %s\n", e.name,
		e.company, e.phone) //此句可以分成多行
}

//Student实现BorrowMoney方法
func (s *Student) BorrowMoney(amount float32) {
	s.loan += amount // (again and again and...)
}

//Employee实现SpendSalary方法
func (e *Employee) SpendSalary(amount float32) {
	e.money -= amount // More vodka please!!! Get me through the day!
}

// 定义interface
type Men interface {
	SayHi()
	Sing(lyrics string)
	Guzzle(beerStein string)
}

type YoungChap interface {
	SayHi()
	Sing(song string)
	BorrowMoney(amount float32)
}

type ElderlyGent interface {
	SayHi()
	Sing(song string)
	SpendSalary(amount float32)
}

通过上面的代码我们可以知道，interface可以被任意的对象实现。我们看到上面的Men interface被Human、Student和Employee实现。同理，一个对象可以实现任意多个interface，例如上面的Student实现了Men和YoungChap两个interface。

最后，任意的类型都实现了空interface(我们这样定义：interface{})，也就是包含0个method的interface。

interface值

那么interface里面到底能存什么值呢？如果我们定义了一个interface的变量，那么这个变量里面可以存实现这个interface的任意类型的对象。例如上面例子中，我们定义了一个Men interface类型的变量m，那么m里面可以存Human、Student或者Employee值。

因为m能够持有这三种类型的对象，所以我们可以定义一个包含Men类型元素的slice，这个slice可以被赋予实现了Men接口的任意结构的对象，这个和我们传统意义上面的slice有所不同。

让我们来看一下下面这个例子:

package main

import "fmt"

type Human struct {
	name string
	age int
	phone string
}

type Student struct {
	Human //匿名字段
	school string
	loan float32
}

type Employee struct {
	Human //匿名字段
	company string
	money float32
}

//Human实现SayHi方法
func (h Human) SayHi() {
	fmt.Printf("Hi, I am %s you can call me on %s\n", h.name, h.phone)
}

//Human实现Sing方法
func (h Human) Sing(lyrics string) {
	fmt.Println("La la la la...", lyrics)
}

//Employee重载Human的SayHi方法
func (e Employee) SayHi() {
	fmt.Printf("Hi, I am %s, I work at %s. Call me on %s\n", e.name,
		e.company, e.phone)
	}

// Interface Men被Human,Student和Employee实现
// 因为这三个类型都实现了这两个方法
type Men interface {
	SayHi()
	Sing(lyrics string)
}

func main() {
	mike := Student{Human{"Mike", 25, "222-222-XXX"}, "MIT", 0.00}
	paul := Student{Human{"Paul", 26, "111-222-XXX"}, "Harvard", 100}
	sam := Employee{Human{"Sam", 36, "444-222-XXX"}, "Golang Inc.", 1000}
	tom := Employee{Human{"Tom", 37, "222-444-XXX"}, "Things Ltd.", 5000}

	//定义Men类型的变量i
	var i Men

	//i能存储Student
	i = mike
	fmt.Println("This is Mike, a Student:")
	i.SayHi()
	i.Sing("November rain")

	//i也能存储Employee
	i = tom
	fmt.Println("This is tom, an Employee:")
	i.SayHi()
	i.Sing("Born to be wild")

	//定义了slice Men
	fmt.Println("Let's use a slice of Men and see what happens")
	x := make([]Men, 3)
	//这三个都是不同类型的元素，但是他们实现了interface同一个接口
	x[0], x[1], x[2] = paul, sam, mike

	for _, value := range x{
		value.SayHi()
	}
}

通过上面的代码，你会发现interface就是一组抽象方法的集合，它必须由其他非interface类型实现，而不能自我实现， Go通过interface实现了duck-typing:即"当看到一只鸟走起来像鸭子、游泳起来像鸭子、叫起来也像鸭子，那么这只鸟就可以被称为鸭子"。

空interface

空interface(interface{})不包含任何的method，正因为如此，所有的类型都实现了空interface。空interface对于描述起不到任何的作用(因为它不包含任何的method），但是空interface在我们需要存储任意类型的数值的时候相当有用，因为它可以存储任意类型的数值。它有点类似于C语言的void*类型。

// 定义a为空接口
var a interface{}
var i int = 5
s := "Hello world"
// a可以存储任意类型的数值
a = i
a = s

一个函数把interface{}作为参数，那么他可以接受任意类型的值作为参数，如果一个函数返回interface{},那么也就可以返回任意类型的值。是不是很有用啊！

interface函数参数

interface的变量可以持有任意实现该interface类型的对象，这给我们编写函数(包括method)提供了一些额外的思考，我们是不是可以通过定义interface参数，让函数接受各种类型的参数。

举个例子：fmt.Println是我们常用的一个函数，但是你是否注意到它可以接受任意类型的数据。打开fmt的源码文件，你会看到这样一个定义:

type Stringer interface {
	 String() string
}

也就是说，任何实现了String方法的类型都能作为参数被fmt.Println调用,让我们来试一试

package main
import (
	"fmt"
	"strconv"
)

type Human struct {
	name string
	age int
	phone string
}

// 通过这个方法 Human 实现了 fmt.Stringer
func (h Human) String() string {
	return "❰"+h.name+" - "+strconv.Itoa(h.age)+" years -  ✆ " +h.phone+"❱"
}

func main() {
	Bob := Human{"Bob", 39, "000-7777-XXX"}
	fmt.Println("This Human is : ", Bob)
}

现在我们再回顾一下前面的Box示例，你会发现Color结构也定义了一个method：String。其实这也是实现了fmt.Stringer这个interface，即如果需要某个类型能被fmt包以特殊的格式输出，你就必须实现Stringer这个接口。如果没有实现这个接口，fmt将以默认的方式输出。

//实现同样的功能
fmt.Println("The biggest one is", boxes.BiggestsColor().String())
fmt.Println("The biggest one is", boxes.BiggestsColor())

注：实现了error接口的对象（即实现了Error() string的对象），使用fmt输出时，会调用Error()方法，因此不必再定义String()方法了

interface变量存储的类型

我们知道interface的变量里面可以存储任意类型的数值(该类型实现了interface)。那么我们怎么反向知道这个变量里面实际保存了的是哪个类型的对象呢？目前常用的有两种方法：

Comma-ok断言

Go语言里面有一个语法，可以直接判断是否是该类型的变量： value, ok = element.(T)，这里value就是变量的值，ok是一个bool类型，element是interface变量，T是断言的类型。

如果element里面确实存储了T类型的数值，那么ok返回true，否则返回false。

让我们通过一个例子来更加深入的理解。

package main

import (
“fmt”
“strconv”
)

type Element interface{}
type List [] Element

type Person struct {
name string
age int
}

//定义了String方法，实现了fmt.Stringer
func (p Person) String() string {
return "(name: " + p.name + " - age: “+strconv.Itoa(p.age)+ " years)”
}

func main() {
list := make(List, 3)
list[0] = 1 // an int
list[1] = “Hello” // a string
list[2] = Person{“Dennis”, 70}

for index, element := range list {
	if value, ok := element.(int); ok {
		fmt.Printf("list[%d] is an int and its value is %d\n", index, value)
	} else if value, ok := element.(string); ok {
		fmt.Printf("list[%d] is a string and its value is %s\n", index, value)
	} else if value, ok := element.(Person); ok {
		fmt.Printf("list[%d] is a Person and its value is %s\n", index, value)
	} else {
		fmt.Printf("list[%d] is of a different type\n", index)
	}
}

}

是不是很简单啊，同时你是否注意到了多个if里面，还记得我前面介绍流程时讲过，if里面允许初始化变量。

也许你注意到了，我们断言的类型越多，那么if else也就越多，所以才引出了下面要介绍的switch。

switch测试

最好的讲解就是代码例子，现在让我们重写上面的这个实现

package main

	import (
		"fmt"
		"strconv"
	)

	type Element interface{}
	type List [] Element

	type Person struct {
		name string
		age int
	}

	//打印
	func (p Person) String() string {
		return "(name: " + p.name + " - age: "+strconv.Itoa(p.age)+ " years)"
	}

	func main() {
		list := make(List, 3)
		list[0] = 1 //an int
		list[1] = "Hello" //a string
		list[2] = Person{"Dennis", 70}

		for index, element := range list{
			switch value := element.(type) {
				case int:
					fmt.Printf("list[%d] is an int and its value is %d\n", index, value)
				case string:
					fmt.Printf("list[%d] is a string and its value is %s\n", index, value)
				case Person:
					fmt.Printf("list[%d] is a Person and its value is %s\n", index, value)
				default:
					fmt.Println("list[%d] is of a different type", index)
			}
		}
	}

这里有一点需要强调的是：element.(type)语法不能在switch外的任何逻辑里面使用，如果你要在switch外面判断一个类型就使用comma-ok。

嵌入interface

Go里面真正吸引人的是它内置的逻辑语法，就像我们在学习Struct时学习的匿名字段，多么的优雅啊，那么相同的逻辑引入到interface里面，那不是更加完美了。如果一个interface1作为interface2的一个嵌入字段，那么interface2隐式的包含了interface1里面的method。

我们可以看到源码包container/heap里面有这样的一个定义

type Interface interface {
	sort.Interface //嵌入字段sort.Interface
	Push(x interface{}) //a Push method to push elements into the heap
	Pop() interface{} //a Pop elements that pops elements from the heap
}

我们看到sort.Interface其实就是嵌入字段，把sort.Interface的所有method给隐式的包含进来了。也就是下面三个方法：

type Interface interface {
	// Len is the number of elements in the collection.
	Len() int
	// Less returns whether the element with index i should sort
	// before the element with index j.
	Less(i, j int) bool
	// Swap swaps the elements with indexes i and j.
	Swap(i, j int)
}

另一个例子就是io包下面的 io.ReadWriter ，它包含了io包下面的Reader和Writer两个interface：

// io.ReadWriter
type ReadWriter interface {
	Reader
	Writer
}

反射

Go语言实现了反射，所谓反射就是能检查程序在运行时的状态。我们一般用到的包是reflect包。

使用reflect一般分成三步，下面简要的讲解一下：要去反射是一个类型的值(这些值都实现了空interface)，首先需要把它转化成reflect对象(reflect.Type或者reflect.Value，根据不同的情况调用不同的函数)。这两种获取方式如下：

t := reflect.TypeOf(i)    //得到类型的元数据,通过t我们能获取类型定义里面的所有元素
v := reflect.ValueOf(i)   //得到实际的值，通过v我们获取存储在里面的值，还可以去改变值

转化为reflect对象之后我们就可以进行一些操作了，也就是将reflect对象转化成相应的值，例如

ag := t.Elem().Field(0).Tag  //获取定义在struct里面的标签
name := v.Elem().Field(0).String()  //获取存储在第一个字段里面的值

获取反射值能返回相应的类型和数值

var x float64 = 3.4
v := reflect.ValueOf(x)
fmt.Println("type:", v.Type())
fmt.Println("kind is float64:", v.Kind() == reflect.Float64)
fmt.Println("value:", v.Float())

最后，反射的话，那么反射的字段必须是可修改的，我们前面学习过传值和传引用，这个里面也是一样的道理。反射的字段必须是可读写的意思是，如果下面这样写，那么会发生错误

var x float64 = 3.4
v := reflect.ValueOf(x)
v.SetFloat(7.1)

如果要修改相应的值，必须这样写

var x float64 = 3.4
p := reflect.ValueOf(&x)
v := p.Elem()
v.SetFloat(7.1)

上面只是对反射的简单介绍，更深入的理解还需要自己在编程中不断的实践

并发

有人把Go比作21世纪的C语言，第一是因为Go语言设计简单，第二，21世纪最重要的就是并行程序设计，而Go从语言层面就支持了并行

goroutine

goroutine是Go并行设计的核心。goroutine说到底其实就是协程，但是它比线程更小，十几个goroutine可能体现在底层就是五六个线程，Go语言内部帮你实现了这些goroutine之间的内存共享。执行goroutine只需极少的栈内存(大概是4~5KB)，当然会根据相应的数据伸缩。也正因为如此，可同时运行成千上万个并发任务。goroutine比thread更易用、更高效、更轻便。

goroutine是通过Go的runtime管理的一个线程管理器。goroutine通过go关键字实现了，其实就是一个普通的函数。

go hello(a, b, c)

通过关键字go就启动了一个goroutine。我们来看一个例子

package main

import (
	"fmt"
	"runtime"
)

func say(s string) {
	for i := 0; i < 5; i++ {
		runtime.Gosched()
		fmt.Println(s)
	}
}

func main() {
	go say("world") //开一个新的Goroutines执行
	say("hello") //当前Goroutines执行
}

// 以上程序执行后将输出：
// hello
// world
// hello
// world
// hello
// world
// hello
// world
// hello

我们可以看到go关键字很方便的就实现了并发编程。上面的多个goroutine运行在同一个进程里面，共享内存数据，不过设计上我们要遵循：不要通过共享来通信，而要通过通信来共享。

runtime.Gosched()表示让CPU把时间片让给别人,下次某个时候继续恢复执行该goroutine。

默认情况下，在Go 1.5将标识并发系统线程个数的runtime.GOMAXPROCS的初始值由1改为了运行环境的CPU核数。

但在Go 1.5以前调度器仅使用单线程，也就是说只实现了并发。想要发挥多核处理器的并行，需要在我们的程序中显式调用 runtime.GOMAXPROCS(n) 告诉调度器同时使用多个线程。GOMAXPROCS 设置了同时运行逻辑代码的系统线程的最大数量，并返回之前的设置。如果n < 1，不会改变当前设置。

channels

goroutine运行在相同的地址空间，因此访问共享内存必须做好同步。那么goroutine之间如何进行数据的通信呢，Go提供了一个很好的通信机制channel。channel可以与Unix shell 中的双向管道做类比：可以通过它发送或者接收值。这些值只能是特定的类型：channel类型。定义一个channel时，也需要定义发送到channel的值的类型。注意，必须使用make 创建channel：

ci := make(chan int)
cs := make(chan string)
cf := make(chan interface{})

channel通过操作符<-来接收和发送数据

ch <- v    // 发送v到channel ch.
v := <-ch  // 从ch中接收数据，并赋值给v

我们把这些应用到我们的例子中来：

package main

import "fmt"

func sum(a []int, c chan int) {
	total := 0
	for _, v := range a {
		total += v
	}
	c <- total  // send total to c
}

func main() {
	a := []int{7, 2, 8, -9, 4, 0}

	c := make(chan int)
	go sum(a[:len(a)/2], c)
	go sum(a[len(a)/2:], c)
	x, y := <-c, <-c  // receive from c

	fmt.Println(x, y, x + y)
}

默认情况下，channel接收和发送数据都是阻塞的，除非另一端已经准备好，这样就使得Goroutines同步变的更加的简单，而不需要显式的lock。所谓阻塞，也就是如果读取（value := <-ch）它将会被阻塞，直到有数据接收。其次，任何发送（ch<-5）将会被阻塞，直到数据被读出。无缓冲channel是在多个goroutine之间同步很棒的工具

Buffered Channels

上面我们介绍了默认的非缓存类型的channel，不过Go也允许指定channel的缓冲大小，很简单，就是channel可以存储多少元素。ch:= make(chan bool, 4)，创建了可以存储4个元素的bool 型channel。在这个channel 中，前4个元素可以无阻塞的写入。当写入第5个元素时，代码将会阻塞，直到其他goroutine从channel 中读取一些元素，腾出空间。

ch := make(chan type, value)

当 value = 0 时，channel 是无缓冲阻塞读写的，当value > 0 时，channel 有缓冲、是非阻塞的，直到写满 value 个元素才阻塞写入。

我们看一下下面这个例子，你可以在自己本机测试一下，修改相应的value值

package main

import "fmt"

func main() {
	c := make(chan int, 2)//修改2为1就报错，修改2为3可以正常运行
	c <- 1
	c <- 2
	fmt.Println(<-c)
	fmt.Println(<-c)
}
        //修改为1报如下的错误:
        //fatal error: all goroutines are asleep - deadlock!

Range和Close

上面这个例子中，我们需要读取两次c，这样不是很方便，Go考虑到了这一点，所以也可以通过range，像操作slice或者map一样操作缓存类型的channel，请看下面的例子

package main

import (
	"fmt"
)

func fibonacci(n int, c chan int) {
	x, y := 1, 1
	for i := 0; i < n; i++ {
		c <- x
		x, y = y, x + y
	}
	close(c)
}

func main() {
	c := make(chan int, 10)
	go fibonacci(cap(c), c)
	for i := range c {
		fmt.Println(i)
	}
}

for i := range c能够不断的读取channel里面的数据，直到该channel被显式的关闭。上面代码我们看到可以显式的关闭channel，生产者通过内置函数close关闭channel。关闭channel之后就无法再发送任何数据了，在消费方可以通过语法v, ok := <-ch测试channel是否被关闭。如果ok返回false，那么说明channel已经没有任何数据并且已经被关闭。

记住应该在生产者的地方关闭channel，而不是消费的地方去关闭它，这样容易引起panic
另外记住一点的就是channel不像文件之类的，不需要经常去关闭，只有当你确实没有任何发送数据了，或者你想显式的结束range循环之类的

Select

我们上面介绍的都是只有一个channel的情况，那么如果存在多个channel的时候，我们该如何操作呢，Go里面提供了一个关键字select，通过select可以监听channel上的数据流动。

select默认是阻塞的，只有当监听的channel中有发送或接收可以进行时才会运行，当多个channel都准备好的时候，select是随机的选择一个执行的。

package main

import "fmt"

func fibonacci(c, quit chan int) {
	x, y := 1, 1
	for {
		select {
		case c <- x:
			x, y = y, x + y
		case <-quit:
			fmt.Println("quit")
			return
		}
	}
}

func main() {
	c := make(chan int)
	quit := make(chan int)
	go func() {
		for i := 0; i < 10; i++ {
			fmt.Println(<-c)
		}
		quit <- 0
	}()
	fibonacci(c, quit)
}

在select里面还有default语法，select其实就是类似switch的功能，default就是当监听的channel都没有准备好的时候，默认执行的（select不再阻塞等待channel）。

select {
case i := <-c:
	// use i
default:
	// 当c阻塞的时候执行这里
}

超时

有时候会出现goroutine阻塞的情况，那么我们如何避免整个程序进入阻塞的情况呢？我们可以利用select来设置超时，通过如下的方式实现：

func main() {
	c := make(chan int)
	o := make(chan bool)
	go func() {
		for {
			select {
				case v := <- c:
					println(v)
				case <- time.After(5 * time.Second):
					println("timeout")
					o <- true
					break
			}
		}
	}()
	<- o
}

runtime goroutine

runtime包中有几个处理goroutine的函数：

Goexit

退出当前执行的goroutine，但是defer函数还会继续调用

Gosched

让出当前goroutine的执行权限，调度器安排其他等待的任务运行，并在下次某个时候从该位置恢复执行。

NumCPU

返回 CPU 核数量

NumGoroutine

返回正在执行和排队的任务总数

GOMAXPROCS

用来设置可以并行计算的CPU核数的最大值，并返回之前的值。

原文链接：https://blog.csdn.net/weixin_43047908/article/details/122873918

（五）Go语言interface及并发

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