编程模式之Go如何实现装饰器

发表于 3年以前 | 总阅读数：331 次

前言

今天想与大家聊一聊如何用Go实现装饰器代码。为什么会有这个想法呢？最近由于项目需要一直在看python的代码，在这个项目中应用了大量的装饰器代码，一个装饰器代码可以在全文共用，减少了冗余代码。python的语法糖让实现装饰器变得很简单，但是Go语言的糖不多，而且又是强类型的静态无虚拟机的语言，所以，没有办法做到像Java 和 Python 那样写出优雅的装饰器的代码，但也是可以实现的，今天我们就看看如何Go语言写出装饰器代码！

什么是装饰器

介绍装饰器基本概念之前，我们先举个例子，跟装饰器很贴切：

如今我们的生活水平提高了，基本人手一台手机，大家也知道手机屏幕摔到地板上是很容易碎屏的，手机屏幕一坏，又要多花一笔费用进行维修，很是心痛；那么有什么什么办法来避免这个问题呢，在不破坏手机屏幕结构的情况下，让我们的手机更耐坏呢？其实我们只需要花几元钱买一个钢化膜，钢化膜在不改变原有手机屏幕的结构下，让手机变得更耐摔了。

根据上面这个例子，就可以引出本文的核心 -> 装饰器。装饰器本质就是：

函数装饰器用于在源码中“标记”函数，以某种方式增强函数的行为。

装饰器是一个强大的功能，但是若想掌握，必须要理解闭包！闭包的概念我们在下面一小节说明，我们先来看一看python是如何使用装饰器的：

def metric(fn):
    @functools.wraps(fn)
    def timer(*arag, **kw):
        start = time.time()
        num = fn(*arag, **kw)
        end = time.time()
        times = (end - start) * 1000
        print('%s executed in %s ms' % (fn.__name__, times))
        return num
    return timer

@metric
def Sum(x, y):
    time.sleep(0.0012)
    return x + y;


Sum(10, 20)

这里要实现功能很简单，metric就是一个装饰器函数，他可以作用于任何函数之上，并打印该函数的执行时间，有个这个装饰器，我们想要知道任何一个函数的执行时间，就简便很多了。

简单总结一下装饰器使用场景：

插入日志：使面向切面编程变的更简单了。
缓存：读写缓存使用装饰器来实现，减少了冗余代码。
事务处理：使代码看起来更简洁了。
权限校验：权限校验器是都是一套代码，减少了冗余代码。

装饰器的使用场景还用很多，就不一一列举了，下面我们就来看看如何使用Go也来实现装饰器代码吧！

闭包

装饰器的实现和闭包是分不开的，所以我们先来学习一下什么是闭包！

我们通常会把闭包和匿名函数弄混，这是因为：在函数内部定义函数不常见，直到开始使用匿名函数才会这样做。而且，只有涉及嵌套函数时才有闭包问题。因此，很多人是同时知道这两个概念的。

其实，闭包指延伸了作用域的函数，其中包含函数定义体中引用、但是不在定义体中定义的非全局变量。函数是不是匿名的没有关系，关键是它能访问定义体之外定义的非全局变量。

光看概念其实挺难理解闭包，我们通过例子来进行理解。

func makeAverager() func(val float32) float32{
 series := make([]float32,0)
 return func(val float32) float32 {
  series = append(series, val)
  total := float32(0)
  for _,v:=range series{
   total +=v
  }
  return total/ float32(len(series))
 }
}

func main() {
 avg := makeAverager()
 fmt.Println(avg(10))
 fmt.Println(avg(30))
}

这个例子，你猜运行结果是什么？10,30还是10,20？

运行一下，答案出来了：10,20。为什么会这样呢？我们来分析一下！

上面的代码中makeAverager的写法在C语言中是不允许的，因为在C语言中，函数内的内存分配是在栈上的，在makeAverager返回后，这部分栈就被回收了，但是在Go语言中是没有问题的，因为Go语言会进行escape analyze分析出变量的作用范围，将变量在堆上进行内存分配，我们使用go build --gcflags=-m ./test/test1.go来看一下分析结果：

# command-line-arguments
test/test1.go:21:13: inlining call to fmt.Println
test/test1.go:22:13: inlining call to fmt.Println
test/test1.go:8:2: moved to heap: series
test/test1.go:8:16: make([]float32, 0) escapes to heap
test/test1.go:9:9: func literal escapes to heap
test/test1.go:21:17: avg(10) escapes to heap
test/test1.go:21:13: []interface {} literal does not escape
test/test1.go:22:17: avg(30) escapes to heap
test/test1.go:22:13: []interface {} literal does not escape
<autogenerated>:1: .this does not escape

从运行结果我们可以看出，series、func、avg都逃逸到了堆上。所以我们可以得出结论，series变量和func(val float32) float32{}被引用后，他所在的函数结束，也不会马上销毁，这也是变相延长了函数的生命周期！

小结：综上所诉，闭包是一种函数，它会保留定义函数时存在的自由变量的绑定，这样调用函数时，虽然定义作用域不可用了，但是仍能使用那些绑定。

注意，只有嵌套在其他函数中的函数才可能需要处理不在全局作用域中的外部变量。

Gin中装饰器的应用

大家应该都使用过Gin这个Web框架，其在注册路由时提供了中间件的使用，可以拦截http请求-响应生命周期的特殊函数，在请求-响应生命周期中可以注册多个中间件，每个中间件执行不同的功能，一个中间执行完再轮到下一个中间件执行。这个中间件其实就是使用的装饰器，我们来看一件简单的例子：

func VerifyHeader() gin.HandlerFunc {
 return func(c *gin.Context) {
  header := c.Request.Header.Get("token")
  if header == "" {
   c.JSON(200, gin.H{
    "code":   1000,
    "msg":    "Not logged in",
   })
   return
  }
 }
}
func main()  {
 r := gin.Default()
 group := r.Group("/api/asong",VerifyHeader())
 {
  group.GET("/ping", func(context *gin.Context) {
   context.JSON(200,gin.H{
    "message": "pong",
   })
  })
 }
 r.Run()
}

这段代码很简单，我们只需要写一个VerifyHeader函数，在注册路由的时候添加进去就可以了，当有请求进来时，会先执行gin.HanderFunc函数，在Gin框架中使用一个切片来存储的，所以在添加中间件时，要注意添加顺序哦！

// HandlerFunc defines the handler used by gin middleware as return value.
type HandlerFunc func(*Context)

// HandlersChain defines a HandlerFunc array.
type HandlersChain []HandlerFunc

func (group *RouterGroup) combineHandlers(handlers HandlersChain) HandlersChain {
 finalSize := len(group.Handlers) + len(handlers)
 if finalSize >= int(abortIndex) {
  panic("too many handlers")
 }
 mergedHandlers := make(HandlersChain, finalSize)
 copy(mergedHandlers, group.Handlers)
 copy(mergedHandlers[len(group.Handlers):], handlers)
 return mergedHandlers
}

net/http使用装饰器

上面我们看到了装饰器在Gin框架中的应用，这种设计大大减少了冗余代码的出现，也使代码的可扩展性提高了。那么接下来我们就在标准库http包上自己实现一个装饰器，练习一下。

我们知道Go语言的http标准库是不能使用中间件的，所以我们的机会来了，我们来给他实现一个！看代码：

type DecoratorHandler func(http.HandlerFunc) http.HandlerFunc

func MiddlewareHandlerFunc(hp http.HandlerFunc, decors ...DecoratorHandler) http.HandlerFunc {
 for d := range decors {
  dp := decors[len(decors)-1-d]
  hp = dp(hp)
 }
 return hp
}

func VerifyHeader(h http.HandlerFunc) http.HandlerFunc {
 return func(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
  token := r.Header.Get("token")
  if token == "" {
   fmt.Fprintf(w,r.URL.Path +" response: Not Logged in")
   return
  }
  h(w,r)
 }
}

func Pong(w http.ResponseWriter, r *http.Request)  {
 fmt.Fprintf(w,r.URL.Path +"response: pong")
 return
}


func main()  {
 http.HandleFunc("/api/asong/ping",MiddlewareHandlerFunc(Pong,VerifyHeader))
 err := http.ListenAndServe(":8080", nil)
 if err != nil {
  log.Fatal("ListenAndServe: ", err)
 }
}

实现起来还是比较简单，这里重新声明了DecoratorHandler类型，本质就是func(http.HandlerFunc) http.HandlerFunc，这样更加方便我们添加中间件函数，中间件按照添加的顺序执行。