Go 编程模式:Functional Options

Go 编程模式:Functional Options

在本篇文章中,我们来讨论一下Functional Options这个编程模式。这是一个函数式编程的应用案例,编程技巧也很好,是目前在Go语言中最流行的一种编程模式。但是,在我们正式讨论这个模式之前,我们需要先来看看要解决什么样的问题。

本文是全系列中第3 / 9篇:Go编程模式

配置选项问题

在我们编程中,我们会经常性的需要对一个对象(或是业务实体)进行相关的配置。比如下面这个业务实体(注意,这仅只是一个示例):

type Server struct {
    Addr     string
    Port     int
    Protocol string
    Timeout  time.Duration
    MaxConns int
    TLS      *tls.Config
}

在这个 Server 对象中,我们可以看到:

  • 要有侦听的IP地址 Addr 和端口号 Port ,这两个配置选项是必填的(当然,IP地址和端口号都可以有默认值,当这里我们用于举例认为是没有默认值,而且不能为空,需要必填的)。
  • 然后,还有协议 Protocol 、 TimeoutMaxConns 字段,这几个字段是不能为空的,但是有默认值的,比如:协议是tcp, 超时30秒 和 最大链接数1024个。
  • 还有一个 TLS 这个是安全链接,需要配置相关的证书和私钥。这个是可以为空的。

所以,针对于上述这样的配置,我们需要有多种不同的创建不同配置 Server 的函数签名,如下所示(代码比较宽,需要左右滚动浏览):

func NewDefaultServer(addr string, port int) (*Server, error) {
  return &Server{addr, port, "tcp", 30 * time.Second, 100, nil}, nil
}

func NewTLSServer(addr string, port int, tls *tls.Config) (*Server, error) {
  return &Server{addr, port, "tcp", 30 * time.Second, 100, tls}, nil
}

func NewServerWithTimeout(addr string, port int, timeout time.Duration) (*Server, error) {
  return &Server{addr, port, "tcp", timeout, 100, nil}, nil
}

func NewTLSServerWithMaxConnAndTimeout(addr string, port int, maxconns int, timeout time.Duration, tls *tls.Config) (*Server, error) {
  return &Server{addr, port, "tcp", 30 * time.Second, maxconns, tls}, nil
}

因为Go语言不支持重载函数,所以,你得用不同的函数名来应对不同的配置选项。

配置对象方案

要解决这个问题,最常见的方式是使用一个配置对象,如下所示:

type Config struct {
    Protocol string
    Timeout  time.Duration
    Maxconns int
    TLS      *tls.Config
}

我们把那些非必输的选项都移到一个结构体里,于是 Server 对象变成了:

type Server struct {
    Addr string
    Port int
    Conf *Config
}

于是,我们只需要一个 NewServer() 的函数了,在使用前需要构造 Config 对象。

func NewServer(addr string, port int, conf *Config) (*Server, error) {
    //...
}

//Using the default configuratrion
srv1, _ := NewServer("localhost", 9000, nil) 

conf := ServerConfig{Protocol:"tcp", Timeout: 60*time.Duration}
srv2, _ := NewServer("locahost", 9000, &conf)

这段代码算是不错了,大多数情况下,我们可能就止步于此了。但是,对于有洁癖的有追求的程序员来说,他们能看到其中有一点不好的是,Config 并不是必需的,所以,你需要判断是否是 nil 或是 Empty – Config{}这让我们的代码感觉还是有点不是很干净。

Builder模式

如果你是一个Java程序员,熟悉设计模式的一定会很自然地使用上Builder模式。比如如下的代码:

User user = new User.Builder()
  .name("Hao Chen")
  .email("haoel@hotmail.com")
  .nickname("左耳朵")
  .build();

仿照上面这个模式,我们可以把上面代码改写成如下的代码(注:下面的代码没有考虑出错处理,其中关于出错处理的更多内容,请参看《Go 编程模式:出错处理》):

//使用一个builder类来做包装
type ServerBuilder struct {
  Server
}

func (sb *ServerBuilder) Create(addr string, port int) *ServerBuilder {
  sb.Server.Addr = addr
  sb.Server.Port = port
  //其它代码设置其它成员的默认值
  return sb
}

func (sb *ServerBuilder) WithProtocol(protocol string) *ServerBuilder {
  sb.Server.Protocol = protocol 
  return sb
}

func (sb *ServerBuilder) WithMaxConn( maxconn int) *ServerBuilder {
  sb.Server.MaxConns = maxconn
  return sb
}

func (sb *ServerBuilder) WithTimeOut( timeout time.Duration) *ServerBuilder {
  sb.Server.Timeout = timeout
  return sb
}

func (sb *ServerBuilder) WithTLS( tls *tls.Config) *ServerBuilder {
  sb.Server.TLS = tls
  return sb
}

func (sb *ServerBuilder) Build() (Server) {
  return  sb.Server
}

于是就可以以如下的方式来使用了

sb := ServerBuilder{}
server, err := sb.Create("127.0.0.1", 8080).
  WithProtocol("udp").
  WithMaxConn(1024).
  WithTimeOut(30*time.Second).
  Build()

上面这样的方式也很清楚,不需要额外的Config类,使用链式的函数调用的方式来构造一个对象,只需要多加一个Builder类,这个Builder类似乎有点多余,我们似乎可以直接在Server 上进行这样的 Builder 构造,的确是这样的。但是在处理错误的时候可能就有点麻烦(需要为Server结构增加一个error 成员,破坏了Server结构体的“纯洁”),不如一个包装类更好一些。

如果我们想省掉这个包装的结构体,那么就轮到我们的Functional Options上场了,函数式编程。

Functional Options

首先,我们先定义一个函数类型:

type Option func(*Server)

然后,我们可以使用函数式的方式定义一组如下的函数:

func Protocol(p string) Option {
    return func(s *Server) {
        s.Protocol = p
    }
}
func Timeout(timeout time.Duration) Option {
    return func(s *Server) {
        s.Timeout = timeout
    }
}
func MaxConns(maxconns int) Option {
    return func(s *Server) {
        s.MaxConns = maxconns
    }
}
func TLS(tls *tls.Config) Option {
    return func(s *Server) {
        s.TLS = tls
    }
}

上面这组代码传入一个参数,然后返回一个函数,返回的这个函数会设置自己的 Server 参数。例如:

  • 当我们调用其中的一个函数用 MaxConns(30)
  • 其返回值是一个 func(s* Server) { s.MaxConns = 30 } 的函数。

这个叫高阶函数。在数学上,就好像这样的数学定义,计算长方形面积的公式为: rect(width, height) = width * height; 这个函数需要两个参数,我们包装一下,就可以变成计算正方形面积的公式:square(width) = rect(width, width) 也就是说,squre(width)返回了另外一个函数,这个函数就是rect(w,h) 只不过他的两个参数是一样的。即:f(x)  = g(x, x)

好了,现在我们再定一个 NewServer()的函数,其中,有一个可变参数 options 其可以传出多个上面上的函数,然后使用一个for-loop来设置我们的 Server 对象。

func NewServer(addr string, port int, options ...func(*Server)) (*Server, error) {

  srv := Server{
    Addr:     addr,
    Port:     port,
    Protocol: "tcp",
    Timeout:  30 * time.Second,
    MaxConns: 1000,
    TLS:      nil,
  }
  for _, option := range options {
    option(&srv)
  }
  //...
  return &srv, nil
}

于是,我们在创建 Server 对象的时候,我们就可以这样来了。

s1, _ := NewServer("localhost", 1024)
s2, _ := NewServer("localhost", 2048, Protocol("udp"))
s3, _ := NewServer("0.0.0.0", 8080, Timeout(300*time.Second), MaxConns(1000))

怎么样,是不是高度的整洁和优雅?不但解决了使用 Config 对象方式 的需要有一个config参数,但在不需要的时候,是放 nil 还是放 Config{}的选择困难,也不需要引用一个Builder的控制对象,直接使用函数式编程的试,在代码阅读上也很优雅。

所以,以后,大家在要玩类似的代码时,强烈推荐使用Functional Options这种方式,这种方式至少带来了如下的好处:

  • 直觉式的编程
  • 高度的可配置化
  • 很容易维护和扩展
  • 自文档
  • 对于新来的人很容易上手
  • 没有什么令人困惑的事(是nil 还是空)

参考文档

(全文完)


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Go 编程模式:Functional Options》的相关评论

  1. 这些 Option 函数被暴露出来,是不是可以用来创建不合法的对象呢?比如某个对象当一些选项被设置时,另外一些对象就不能被设置。或者要求一些选项满足某个条件。builder pattern 里可以在 build 这一步进行验证,但是这些 Option 函数,可以用于已经创建好的对象、强行在创建后再作改变并且不用经过验证?

    1. 可以在调用完所有的 Option 后,对创建好的对象进行验证,就像是在 build 这一步中做一样

  2. 尝试使用cxx实现类似写法

    namespace go {
    using std::string;
    namespace time {
        using Duration = int64_t;
        constexpr auto Second = 1LL;
    } // namespace time
    namespace tls {
        using Config = string;
    }
    
    struct Server {
        string addr;
        int port;
        string protocol;
        time::Duration timeout;
        int max_conns;
        tls::Config *tls_;
    };
    
    using Option = std::function<void(Server &s)>;
    
    auto Protocol(string p) -> Option
    {
        return [p](Server &s) { s.protocol = p; };
    }
    auto Timeout(time::Duration timeout) -> Option
    {
        return [timeout](Server &s) { s.timeout = timeout; };
    }
    auto MaxConns(int max_conns) -> Option
    {
        return [max_conns](Server &s) { s.max_conns = max_conns; };
    }
    auto TLS(tls::Config *tls_) -> Option
    {
        return [tls_](Server &s) { s.tls_ = tls_; };
    }
    
    Server NewServer(string addr,
                     int port,
                     std::initializer_list options = {})
    {
        Server s{ addr, port };
        for (auto &option : options) {
            option(s);
        }
        return s;
    }
    
    void UsageServer()
    {
        auto s1 = NewServer("localhost", 1024);
        auto s2 = NewServer("localhost", 2048, { Protocol("udp") });
        auto s3 = NewServer("0.0.0.0", 8080,
                            { Timeout(300 * time::Second), MaxConns(1000) });
    }
    } // namespace go
    
  3. // 忘记默认值了
    Server NewServer(string addr,
                     int port,
                     std::initializer_list options = {})
    {
        Server s{ addr, port, "tcp", 30 * time::Second, 1000, nullptr };
        for (auto &option : options) {
            option(s);
        }
        return s;
    }
    
  4. 刚好看到 Prometheus 源码,discovery.NewManager() 使用了 Functional Options 这种模式:func NewManager(ctx context.Context, logger log.Logger, options …func(*Manager)) *Manager {…}

  5. Functional Options模式讲解的很易懂,但是这个设计模式或者说技巧,是否还有更抽象的理解 或者 其他的使用场景呢?

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