Go 语言中程序编译过程详解

在当今快速发展的软件开发领域，Go 语言（又称 Golang）已经成为了开发高性能应用程序的热门选择。由 Google 开发并在 2009 年公开发布，Go 语言因其简洁的语法、出色的并发支持以及优秀的性能而受到广泛欢迎。尽管 Go 的语法相对简单，但它的编译过程和模块管理系统可能会让初学者感到有些困惑，特别是那些从动态语言背景转来的开发者。

本文旨在深入探讨 Go 语言的编译机制和最新的模块管理系统——Go Modules。通过详细的示例和步骤，我们将演示从简单的 “Hello World” 程序到使用第三方库的更复杂项目的开发过程。我们将开始于基本的编译命令，探索如何手动处理依赖，然后过渡到使用 Go Modules 管理依赖，这在现代 Go 项目开发中已成为标准实践。

1、编译和运行 Go 程序的基础

在上一篇我们实现 HelloWorld 程序的过程中，我们在运行 “helloworld” 程序之前，是输入了一个 go build 命令的：

$go build main.go

对此，如果有使用 C/C++ 和 gcc 或 clang 的开发经验的同学家就会发现 Go 的编译步骤与它们非常类似。都是在编译成功后，生成一个二进制可执行文件。

在 Linux 系统、macOS 系统或 Windows 系统的 PowerShell 中，可以通过执行以下 ls 命令来查看这个新生成的可执行文件：

$ls
main*    main.go

可以看到，在上面显示的文件里面有我们刚刚创建的、以 .go 为后缀的源代码文件，还有刚生成的可执行文件（Windows 系统下为 main.exe，其余系统下为 main）。

如果你主要使用的是像 Ruby、Python 或 JavaScript 这样的动态语言，那么你可能不太习惯需要在运行程序之前先进行编译的步骤。

Go 是编译型语言，这意味着我们必须先编译 Go 程序，才能将生成的可执行文件交给其他人，在没有安装 Go 的环境中也能运行这些程序。相对地，如果你提供给别人的是 .rb、.py 或 .js 文件，他们就需要在自己的环境中安装相应的 Ruby、Python 或 JavaScript 解释器来执行这些动态语言的源代码。

当然，Go 也借鉴了动态语言的一些对开发者体验较好的特性，比如基于源码文件的直接执行，Go 提供了 run 命令可以直接运行 Go 源码文件，比如我们也可以使用下面命令直接基于 main.go 运行：

$go run main.go
hello, world

不过像 go run 这类命令更多用于开发调试阶段，真正的交付成果还是需要使用 go build 命令构建的。

然而，在我们的生产环境中，编译 Go 程序通常不像之前提到的基于单个 Go 源文件构建像"hello, world"这样的简单示例那么直接。随着项目接近真实的生产条件，它的规模会增大、涉及的协作人员会增多，同时项目的依赖及其版本也会变得更为复杂。

2、Go Modules 机制

2.1、复杂项目下 Go 程序的编译

现在，我们将启动一个名为"hellomod"的新项目，在这个项目中，我们会使用两个第三方库：zap 和 fasthttp。这将使 go build 的构建过程更具挑战性。

如同我们之前的"helloworld"示例一样，我们可以通过以下命令来创建“hellomod”项目：

$mkdir hellomod
$cd hellomod

接着，我们在"hellomod"下创建并编辑我们的示例源码 main.go 文件：

package main
import (
  "github.com/valyala/fasthttp"
  "go.uber.org/zap"
)
var logger *zap.Logger
func init() {
  logger, _ = zap.NewProduction()
}
func fastHTTPHandler(ctx *fasthttp.RequestCtx) {
  logger.Info("hello, go module", zap.ByteString("uri", ctx.RequestURI()))
}
func main() {
  fasthttp.ListenAndServe(":8081", fastHTTPHandler)
}

这个示例中，我们创建了一个在 8081 端口上监听的 HTTP 服务。当向该服务发起请求时，它会在终端的标准输出上打印一段访问日志。可

以看出，相比于“hello, world”示例，这个项目明显更加复杂。但目前，我们不需要深入了解每行代码的具体作用。只要应该我们在这个稍微复杂的示例中使用了两个第三方依赖库：zap 和 fasthttp。

接下来，让我们尝试使用编译"hello, world"时的方法来编译“hellomod”项目中的 main.go 源文件，看看 Go 编译器会给出什么样的输出结果：

$go build main.go
main.go:4:3: no required module provides package github.com/valyala/fasthttp: go.mod file not found in current directory or any parent directory; see 'go help modules'
main.go:5:3: no required module provides package go.uber.org/zap: go.mod file not found in current directory or any parent directory; see 'go help modules'

从编译器的输出来看，go build 似乎在找一个名为 go.mod 的文件，来解决程序对第三方包的依赖决策问题。

2.2、go mod

Go 1.11 版本推出 modules 机制，简称 mod，更加易于管理项目中所需要的模块。模块是存储在文件树中的 Go 包的集合，其根目录中包含 go.mod 文件。 go.mod 文件定义了模块的模块路径，它也是用于根目录的导入路径，以及它的依赖性要求。每个依赖性要求都被写为模块路径和特定语义版本。

从 Go 1.11 开始，Go 允许在 $GOPATH/src 外的任何目录下使用 go.mod 创建项目。在 $GOPATH/src 中，为了兼容性，Go 命令仍然在旧的 GOPATH 模式下运行。从 Go 1.13 开始，go.mod模式将成为默认模式。

2.3、go mod 示例

现在，我们将通过以下命令为“hellomod”示例程序创建一个 go.mod 文件：

go mod init github.com/lizhengi/hellomod
go: creating new go.mod: module github.com/lizhengi/hellomod
go: to add module requirements and sums:
	go mod tidy

Ps：注意模块命名方式，如果你的项目要发布到 github，则命名为：github.com/<USERNAME>/<MODULE_NAME>

此时可以看到，go mod init 命令的执行结果是在当前目录下生成了一个 go.mod 文件：

$cat go.mod
module github.com/lizhengi/hellomod
go 1.17

实际上，一个 module 是多个包的集合，这些包与 module 一起进行版本控制、发布和分发。go.mod 文件所在的目录被视为声明的 module 的根目录。此时的 go.mod 文件内容相对简单，首行是用来声明 module 路径（module path）的。Module 本质上引入了命名空间的概念，这意味着 module 下每个包的导入路径都由 module path 和包所在的子目录名共同构成。

例如，在 hellomod 下有一个子目录 pkg/pkg1，那么 pkg1 中的包的导入路径将是 github.com/lizhengi/hellomod/pkg/pkg1。此外，go.mod 文件的最后一行是 Go 版本指示符，表示该 module 是基于特定 Go 版版本的 module 语义编写的。

此时，我们执行一下构建，Go 编译器输出结果是这样的

$go build main.go
main.go:4:2: no required module provides package github.com/valyala/fasthttp; to add it:
  go get github.com/valyala/fasthttp
main.go:5:2: no required module provides package go.uber.org/zap; to add it:
  go get go.uber.org/zap

你会看到，Go 编译器提示源码依赖 fasthttp 和 zap 两个第三方包，但是 go.mod 中没有这两个包的版本信息，我们需要按提示手工添加信息到 go.mod 中。

这个时候，除了按提示手动添加外，我们也可以使用 go mod tidy 命令，让 Go 工具自动添加：

$go mod tidy                       
go: finding module for package go.uber.org/zap
go: finding module for package github.com/valyala/fasthttp
go: downloading github.com/valyala/fasthttp v1.54.0
go: downloading go.uber.org/zap v1.27.0
go: found github.com/valyala/fasthttp in github.com/valyala/fasthttp v1.54.0
go: found go.uber.org/zap in go.uber.org/zap v1.27.0
go: downloading go.uber.org/multierr v1.10.0
go: downloading github.com/stretchr/testify v1.8.1
go: downloading go.uber.org/goleak v1.3.0
go: downloading github.com/andybalholm/brotli v1.1.0
go: downloading github.com/klauspost/compress v1.17.7
go: downloading github.com/valyala/bytebufferpool v1.0.0
go: downloading gopkg.in/yaml.v3 v3.0.1
go: downloading github.com/davecgh/go-spew v1.1.1
go: downloading github.com/pmezard/go-difflib v1.0.0

Ps：超时的话换个代理即可

go env -w GO111MODULE=on
go env -w GOPROXY=https://goproxy.cn,direct

Go 工具不仅下载并添加了 hellomod 直接依赖的 zap 和 fasthttp 包的信息，还下载了这两个包的相关依赖包。go mod tidy 执行后，我们 go.mod 的最新内容变成了这个样子：

module github.com/bigwhite/hellomod
go 1.16
require (
  github.com/valyala/fasthttp v1.28.0
  go.uber.org/zap v1.18.1
)

此时，go.mod 文件已经包含了 hellomod 直接依赖的包的信息。此外，在 hellomod 目录下还出现了一个名为 go.sum 的文件，这个文件记录了 hellomod 的直接依赖和间接依赖包的版本 hash 值，这用于校验本地包的真实性。在构建过程中，如果本地依赖包的 hash 值与 go.sum 文件中的记录不匹配，构建会被拒绝。

有了 go.mod 以及 hellomod 依赖的包版本信息后，我们再来执行构建：

$go build main.go
go: downloading go.uber.org/zap v1.27.0
go: downloading github.com/valyala/fasthttp v1.54.0
go: downloading go.uber.org/multierr v1.10.0
go: downloading github.com/andybalholm/brotli v1.1.0
go: downloading github.com/klauspost/compress v1.17.7
go: downloading github.com/valyala/bytebufferpool v1.0.0
$ls
go.mod    go.sum    main*    main.go

这次我们成功构建出了可执行文件 main，运行这个文件，新开一个终端窗口，在新窗口中使用 curl 命令访问该 http 服务：curl localhost:8081/foo/bar，我们就会看到服务端输出如下日志：

$./main
{"level":"info","ts":1716950836.531074,"caller":"hellomod/main.go:15","msg":"hello, go module","uri":"/foo/bar"}

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