Go 1.21新特性前瞻

Go 1.21版本^[1]正在如火如荼地开发当中，按照Go核心团队的一年两次的发布节奏来算，Go 1.21版本预计将在2023年8月发布(Go 1.20版本^[2]是在2023年2月份发布的)。

本文将和大家一起看看Go 1.21都会带来哪些新特性。不过由于目前为时尚早，下面列出的有些变化最终不一定能进入到Go 1.21的最终版本中，所以切记一切变更要以最终Go 1.21版本发布时为准。

在细数变化之前，我们先来看看Go语言的当前状态。

1. Go语言当前状态

在《2022年Go语言盘点》^[3]一文中，我们提到年初Go语言的2022年终排名为12位，同时TIOBE官方编辑也提到：“在新兴编程语言中，Go是唯一一个可能在未来冲入前十的后端编程语言”。Go语言的发展似乎应验了这一预测，在今年的3月份，Go就再次进入编程语言排行榜前十：

一个月后的四月初，TIOBE排行榜上，Go稳住了第10名的位次：

在国内，在鹅厂前不久发布的《2022年腾讯研发大数据报告》中，

在国内，继Go在2021年从C++手中躲过红旗首次登顶鹅厂最热门编程语言之后，在鹅厂前不久发布的《2022年腾讯研发大数据报告》中，Go蝉联鹅厂最热门编程语言，继续夯实在国内头部互联网公司内的优势地位：

Go于2009年开源，在经历多年的宣传和鼓吹后，Go目前进入了平稳发展的阶段。疫情结束后，原先线上举办或取消的国内外的Go技术大会现在陆续又都开始恢复了，相信这会让更多开发人员接触到Go。像Go这样的能在世界各地持续多年举办技术大会的语言真是不多了。

接下来，我们就来聚焦到Go 1.21版本，挖掘一下这个版本都有哪些新特性。

2. 语言变化

目前Go 1.21版本里程碑中涉及语言变化的有大约2项，我们来看看。

2.1 增加clear预定义函数

Go 1.21增加了一个clear预定义函数用来做切片和map的clear操作^[4]，其原型如下：

// $GOROOT/src/builtin.go

// The clear built-in function clears maps and slices.
// For maps, clear deletes all entries, resulting in an empty map.
// For slices, clear sets all elements up to the length of the slice
// to the zero value of the respective element type. If the argument
// type is a type parameter, the type parameter's type set must
// contain only map or slice types, and clear performs the operation
// implied by the type argument.
func clear[T ~[]Type | ~map[Type]Type1](t T "T ~[]Type | ~map[Type]Type1")

clear是针对map和slice的操作函数，它的语义是什么呢？我们通过一个例子来看一下：

package main

import "fmt"

func main() {
 var sl = []int{1, 2, 3, 4, 5, 6}
 fmt.Printf("before clear, sl=%v, len(sl)=%d, cap(sl)=%d\n", sl, len(sl), cap(sl))
 clear(sl)
 fmt.Printf("after clear, sl=%v, len(sl)=%d, cap(sl)=%d\n", sl, len(sl), cap(sl))

 var m = map[string]int{
  "tony": 13,
  "tom":  14,
  "amy":  15,
 }
 fmt.Printf("before clear, m=%v, len(m)=%d\n", m, len(m))
 clear(m)
 fmt.Printf("after clear, m=%v, len(m)=%d\n", m, len(m))
}

运行该程序：

before clear, sl=[1 2 3 4 5 6], len(sl)=6, cap(sl)=6
after clear, sl=[0 0 0 0 0 0], len(sl)=6, cap(sl)=6
before clear, m=map[amy:15 tom:14 tony:13], len(m)=3
after clear, m=map[], len(m)=0

我们看到：

针对slice，clear保持slice的长度和容量，但将所有slice内已存在的元素(len个)都置为元素类型的零值；
针对map，clear则是清空所有map的键值对，clear后，我们将得到一个empty map。

2.2 改变panic(nil)语义

使用defer+recover捕获panic是Go语言唯一处理panic的方法，其典型模式如下：

package main

import "fmt"

func foo() {
 defer func() {
  if err := recover(); err != nil {
   fmt.Printf("panicked: %v\n", err)
   return
  }
  fmt.Println("it's ok")
 }()

 panic("some error")
}

func main() {
 foo()
}

运行上面程序会输出：

panicked: some error

例子中我们向panic传入了表示panic原因的字符串，panic的参数是一个interface{}类型，可以传入任意值，当然也可以传入nil。

比如上面例子，当我们给foo函数的panic调用传入nil时，我们将得到下面结果：

it's ok

这可能会给开发者带去疑惑：明明是触发了panic，但函数却按照正常逻辑处理！2018年，前Go核心团队成员bradfitz就提出了一个issue：spec: guarantee non-nil return value from recover^[5]，提出当开发者调用panic(nil)时，recover应该返回某种runtime error，而不是nil。这个issue在今年被纳入了Go 1.21版本，现在该issue的实现^[6]已经被merge到了主干。

新的实现在src/runtime/panic.go中定义了一个名为PanicNilError的新Error：

// $GOROOT/src/runtime/panic.go

// A PanicNilError happens when code calls panic(nil).
//
// Before Go 1.21, programs that called panic(nil) observed recover returning nil.
// Starting in Go 1.21, programs that call panic(nil) observe recover returning a *PanicNilError.
// Programs can change back to the old behavior by setting GODEBUG=panicnil=1.
type PanicNilError struct {
 // This field makes PanicNilError structurally different from
 // any other struct in this package, and the _ makes it different
 // from any struct in other packages too.
 // This avoids any accidental conversions being possible
 // between this struct and some other struct sharing the same fields,
 // like happened in go.dev/issue/56603.
 _ [0]*PanicNilError
}

func (*PanicNilError) Error() string { return "panic called with nil argument" }
func (*PanicNilError) RuntimeError() {}

Go编译器会将panic(nil)替换为panic(new(runtime.PanicNilError))，这样我们用Go 1.21版本运行上面的程序，我们就会得到下面结果了：

panicked: panic called with nil argument

如果你的遗留代码中调用了panic(nil)(注：显然这不是一种很idiomatic的作法)，升级到Go 1.21版本后你就要小心了。如果你想保留原先的panic(nil)行为，可以用GODEBUG=panicnil=1。

有童鞋可能会质疑这违反了Go1兼容性承诺^[7]，但实际上Go1兼容性规范保留了对语言规范中不一致或错误的修订权力，即便这种修订会导致遗留代码出现与原先不一致的行为。

3. 编译器与工具链

每个Go版本中，编译器和工具链的改动都不少，我们挑重点看一下：

3.1 一些OS的最小支持版本的更新

Go 1.21开始，go installer支持最小macOS版本更新为10.15^[8]，而最小Windows版本为Windows 10^[9]。

3.2 低版本的go编译器将拒绝编译高版本的go module

从Go 1.21版本开始，低版本的go编译器将拒绝编译高版本的go module^[10](go.mod中go version标识最低版本) ，这也是Russ Cox策划的Go扩展的向前兼容性^[11]提案的一部分。此外，Go扩展向前兼容性^[12]提案感觉比较复杂，可能不会全部在Go 1.21版本落地。

3.3 支持WASI

Go从1.11版本^[13]就开始支持将Go源码编译为wasm二进制文件，并在支持wasm的浏览器环境中运行。

不过WebAssembly绝不仅仅被设计为仅限于在Web浏览器中运行，核心的WebAssembly语言是独立于其周围环境的，WebAssembly完全可以通过API与外部世界互动。在Web上，它自然使用浏览器提供的现有Web API。然而，在浏览器之外，之前还没有一套标准的API可以让WebAssembly程序使用。这使得创建真正可移植的非Web WebAssembly程序变得困难。WebAssembly System Interface(WASI)^[14]是一个填补这一空白的倡议，它有一套干净的API，可以由多个引擎在多个平台上实现，并且不依赖于浏览器的功能（尽管它们仍然可以在浏览器中运行）。

Go 1.21将增加对WASI的支持^[15]，初期先支持WASI Preview1版本^[16]，之后会支持WASI Preview2版本，直至最终WASI API版本发布！目前我们可以使用GOOS=wasip1 GOARCH=wasm将Go源码编译为支持WASI的wasm程序，下面是一个例子：

// main.go
package main            
                        
func main() {           
    println("hello")    
}

下载最新go dev版本后(go install http://golang.org/dl/gotip@latest)，可以执行下面命令将main.go编译为wasm程序：

$ GOARCH=wasm GOOS=wasip1 gotip build -o main.wasm main.go

开源的wasm运行时有很多，wazero^[17]是目前比较火的且使用纯Go实现的wasm运行时程序，安装wazero后，可以用来执行上面编译出来的main.wasm：

$curl https://wazero.io/install.sh
$wazero run main.wasm
hello

3.4 Go 1.21可能推出纯静态工具链，不再依赖glibc

使用纯Go实现的net resolver，原先DNS的问题也将被解决，这样Go团队很可能在构建工具链的时候使用CGO_ENABLED=0构建出静态工具链^[18]，没有动态链接库的依赖。

3.5 go test -c支持为多个包同时构建测试二进制程序

Go 1.21版本之前，go test -c仅支持将单个包的测试代码编译为测试二进制程序，Go 1.21版本则允许我们同时为多个包构建测试二进制程序^[19]。

下面是官方给出的例子：

$ go test -c -o /tmp ./pkg1 ./pkg2 ./pkg2
$ ls /tmp
pkg1.test pkg2.test pkg3.test

3.6 增加\$GOROOT/go.env^[20]

今天使用go env -w命令修改的默认环境变量会写入：filepath.Join(os.UserConfigDir(), "go/env")。在Mac上，这个路径是$HOME/Library/Application Support/go/env；在Linux上，这个路径是$HOME/.config/go/env。

Go 1.21将增加一个全局层次上的go.env，放在$GOROOT下面，目前默认的go.env为：

// $GOROOT/go.env

# This file contains the initial defaults for go command configuration.
# Values set by 'go env -w' and written to the user's go/env file override these.
# The environment overrides everything else.

# Use the Go module mirror and checksum database by default.
# See https://proxy.golang.org for details.
GOPROXY=https://proxy.golang.org,direct
GOSUMDB=sum.golang.org

我们仍然可以通过go env -w命令修改user级的env文件来覆盖上述配置，当然最高优先级的是OS用户环境变量，如果在OS用户环境变量文件(比如.bash_profile、.bashrc)中设置了Go的环境变量值，比如GOPROXY等，那么以OS用户环境变量为优先。

4. 标准库

我们接下来再来看看变更最多的一部分：标准库，我们将对主要变更项作简要介绍。

4.1 slices和maps进入标准库

Go 1.18版本^[21]泛型落地发布前的最后一刻，Rob Pike叫停了slices、maps等泛型包的入库，后来这两个包先放置在golang.org/x/exp下作为实验包。随着Go泛型日益成熟以及Go团队对泛型使用经验的增多，Go团队终于决定将golang.org/x/exp/slices^[22]和golang.org/x/exp/maps^[23]在Go 1.21版本中将挪入标准库。

4.2 log/slog加入标准库

log/slog是Go官方版结构化日志包，大致与uber的zap包相当。在我之前的一篇文章《slog：Go官方版结构化日志包》^[24]有对slog的详尽说明，大家可以移步到那篇文章看看。不过slog的proposal依旧很多，后续slog可能会有持续改进和变更，与那篇文章中的内容可能会有一些差异。

4.3 sync包增加OnceFunc、OnceValue和OnceValues^[25]

在sync.Once的基础上，这个issue增加了三个与Once相关的"语法糖"API，用在一些对Once有需求的最常见的场景中。

4.4 增加testing.Testing函数^[26]

Go 1.21为testing包增加了func Testing() bool函数，该函数可以用来报告当前程序是否是go test创建的测试程序。使用Testing函数，我们可以确保一些无需在单测阶段执行的函数不被执行。比如下面例子来自这个issue：

// file/that/should/not/be/used/from/testing.go

func prodEnvironmentData() *Environment {
    if testing.Testing() {
        log.Fatal("Using production data in unit tests")
    }
    ....
}

4.5 一些变更点

context: 增加为deadline或timeout context设置cancel原因的API^[27] - https://github.com/golang/go/issues/56661
unicode升级到15.0版本^[28] - https://github.com/golang/go/issues/55079

5. 参考资料

Go 1.21 milestone^[29] - https://github.com/golang/go/milestone/279

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参考资料

[1]

Go 1.21版本: https://github.com/golang/go/milestone/279

[2]

Go 1.20版本: https://tonybai.com/2023/02/08/some-changes-in-go-1-20/

[3]

《2022年Go语言盘点》: https://tonybai.com/2022/12/29/the-2022-review-of-go-programming-language

[4]

增加了一个clear预定义函数用来做切片和map的clear操作: https://github.com/golang/go/issues/56351

[5]

spec: guarantee non-nil return value from recover: https://github.com/golang/go/issues/25448

[6]

该issue的实现: https://go-review.googlesource.com/c/go/+/461956

[7]

Go1兼容性承诺: https://go.dev/doc/go1compat

[8]

支持最小macOS版本更新为10.15: https://github.com/golang/go/issues/58105

[9]

最小Windows版本为Windows 10: https://go-review.googlesource.com/c/build/+/478616

[10]

低版本的go编译器将拒绝编译高版本的go module: https://github.com/golang/go/issues/59033

[11]

Go扩展的向前兼容性: https://go.googlesource.com/proposal/+/master/design/57001-gotoolchain.md

[12]

Go扩展向前兼容性: https://github.com/golang/go/issues/57001

[13]

1.11版本: https://tonybai.com/2018/11/19/some-changes-in-go-1-11/

[14]

WebAssembly System Interface(WASI): https://wasi.dev

[15]

Go 1.21将增加对WASI的支持: https://github.com/golang/go/issues/58141

[16]

WASI Preview1版本: https://github.com/WebAssembly/WASI/blob/b44552d84267af4d5899ed32364966740ef1846e/legacy/preview1/docs.md

[17]

wazero: https://wazero.io/

[18]

在构建工具链的时候使用CGO_ENABLED=0构建出静态工具链: https://github.com/golang/go/issues/57007

[19]

允许我们同时为多个包构建测试二进制程序: https://github.com/golang/go/issues/15513

[20]

增加$GOROOT/go.env: https://github.com/golang/go/issues/57179

[21]

Go 1.18版本: https://tonybai.com/2022/04/20/some-changes-in-go-1-18

[22]

golang.org/x/exp/slices: https://github.com/golang/go/issues/57433

[23]

golang.org/x/exp/maps: https://github.com/golang/go/issues/57436

[24]

《slog：Go官方版结构化日志包》: https://tonybai.com/2022/10/30/first-exploration-of-slog

[25]

sync包增加OnceFunc、OnceValue和OnceValues: https://github.com/golang/go/issues/56102

[26]

增加testing.Testing函数: https://github.com/golang/go/issues/52600

[27]

context: 增加为deadline或timeout context设置cancel原因的API: https://github.com/golang/go/issues/56661

[28]

unicode升级到15.0版本: https://github.com/golang/go/issues/55079

[29]

Go 1.21 milestone: https://github.com/golang/go/milestone/279

[30]

“Gopher部落”知识星球: https://wx.zsxq.com/dweb2/index/group/51284458844544

[31]

链接地址: https://m.do.co/c/bff6eed92687