البحث في الموقع

بدأ تطوير لغة البرمجة Go بتجربة من مهندسين يعملون في Google لتلافي بعض التعقيدات الموجودة في لغات برمجة أخرى مع الاستفادة من نقاط قوّتها. تُطوَّر لغة Go باستمرار بمشاركة مجتمع مفتوح المصدر يزداد باضطّراد. تهدف لغة البرمجة Go إلى أن تكون سهلة، إلا أن اصطلاحات كتابة الشفرة البرمجية في Go قد تكون صعبة الاستيعاب. سأريكم في هذا الدرس كيف أبدأ جميع مشاريعي البرمجية عندما أستخدم Go، وكيفية استخدام التعابير التي توفّرها هذه اللغة. سننشئ خدمة سند خلفي Backend لتطبيق وِب. إعداد بيئة العمل الخطوة الأولى هي - بالطبع - تثبيتُ Go. يمكن تثبيت Go من المستودعات الرسمية على توزيعات لينكس؛ مثلا بالنسبة لأوبونتو: sudo apt install golang-go إصدارات Go الموجودة في المستودعات الرسمية تكون في العادة أقدم قليلا من تلك الموجودة على الموقع الرسمي، إلا أنها تؤدي الغرض؛ علاوة على سهولة التثبيت. يمكنك تثبيت إصدارات أحدث على أوبونتو (هنا) وCentos (هنا). بالنسبة لمستخدمي نظام Mac OS فيمكنهم تثبيت اللغة عن طريق Homebrew: brew install go يحوي الموقع الرسمي كذلك الملفات التنفيذية لتثبيت اللغة على أغلب أنظمة التشغيل، بما في ذلك ويندوز. تأكّد من تثبيت Go بتنفيذ الأمر التالي: go version مثال لنتيجة اﻷمر أعلاه (على توزيعة أوبونتو): go version go1.6.2 linux/amd64 – روابط للتثبيت على وندوز وإعداد المسارات – توجد الكثير من محرّرات النصوص والإضافات المتاحة لكتابة شفرات Go. أفضّل شخصيّا محرّر الشفرات Sublime Text وإضافة GoSublime؛ إلا أن طريقة كتابة Go تتيح استخدام محرّرات نصوص عاديّة بسهولة خصوصا للمشاريع الصغيرة. أعمل مع محترفين يقضون كامل اليوم في البرمجة بلغة Go باستخدام محرّر النصوص Vim، دون أي إضافة لإبراز صيغة الشفرات البرمجية Syntax highlighting. بالتأكيد لن تحتاج لأكثر من محرّر نصوص بسيط للبدء في تعلّم Go. مشروع جديد إن لم تكن أنشأت مجلّدا للعمل أثناء تثبيت Go وإعداده فالوقت مناسب لذلك. تتوقّع أدوات Go أن توجد جميع الشفرات البرمجية على المسار GOPATH/src$، وبالتالي سيكون عملنا دائما في هذا المجلّد. يمكن لمجموعة أدوات Go كذلك أن تتخاطب مع مشاريع مُضيَّفة على مواقع مثل GitHub وBitbucket إن أُعدّت لذلك. سننشئ لأغراض هذا الدرس مستودعا جديدا فارغا على GitHub ولنسمّه “hello” (أو أي اسم يناسبك). ننشئ مجلّدا ضمن مجلّد GOPATH لاستقبال ملفات المستودع (أبدل your-username باسم المستخدم الخاصّ بك على GitHub): mkdir -p $GOPATH/src/github.com/your-username cd $GOPATH/src/github.com/your-username ننسخ المستودع ضمن المجلّد الذي أنشأناه أعلاه: git clone git@github.com:your-username/hello cd hello سننشئ الآن ملفا باسم main.go ليحوي برنامجا قصيرا بلغة Go: package main func main() { println("hello!") } نفّذ الأمر go build لتصريف جميع محتويات المجلّد الحالي. سينتُج ملف تنفيذي بنفس الاسم؛ يمكنك بعدها طلب تشغيله بذكر اسمه على النحو التالي: go build ./hello النتيجة: hello! ما زلت رغم سنوات من التطوير بلغة Go أبدأ مشاريعي بنفس الطريقة: مستودع Git فارغ، ملف main.go وبضعة أوامر. يصبح أي تطبيق يتبع الطرق المتعارف عليها لتنظيم شفرة Go قابلا للتثبيت بسهولة بالأمر go get. إن أودعت على سبيل المثال الملف أعلاه ودفعته إلى مستودع Git فإن أي شخص لديه بيئة عمل Go يمكنه تنفيذ الخطوتين التاليتين لتشغيل البرنامج: go get github.com/your-username/hello $GOPATH/bin/hello إنشاء خادوم وب فلنجعل برنامجنا البسيط السابق خادوم وب: package main import "net/http" func main() { http.HandleFunc("/", hello) http.ListenAndServe(":8080", nil) } func hello(w http.ResponseWriter, r *http.Request) { w.Write([]byte("hello!")) } هناك بضعة سطور تحتاج للشرح. نحتاج أولا لاستيراد الحزمة net/httpمن المكتبة المعيارية لـGo: import "net/http" ثم نثبّت دالة معالجة Handler function في المسار الجذر لخادوم الوِب. تتعامل http.HandleFunc مع الموجّه المبدئي لطلبات Http في Go، وهو ServeMux. http.HandleFunc("/", hello) الدالة hello هي من النوع http.HandlerFunc الذي يسمح باستخدام دوال عاديّة على أنها دوال معالجة لطلبات HTTP. للدوال من النوع http.HandlerFunc توقيع Signature خاص (توقيع الدالة هو المعطيات المُمرَّرة لها وأنواع البيانات التي تُرجعها هذه الدالة) ويمكن تمريرها في معطى إلى الدالة HandleFunc التي تسجّل الدالة المُمرَّرة في المُعطى لدى الموجِّه ServeMux، وبالتالي يُنشئ خادوم الوِب، في كلّ مرة يصله فيها طلب جديد يطابق المسار الجذر، يُنشئ نسخة جديدة من الدالة hello. تستقبل الدالة hello متغيّرا من النوع http.ResponseWriter الذي تستخدمه الدالة المُعالِجة لإنشاء إجابة HTTP وبالتالي إنشاء ردّ على طلب العميل عن طريق التابع Write الذي يوفّره النوع http.ResponseWriter. بما أن التابع http.ResponseWriter.Write يأخذ معطى عامًّا من النوع []byte أو byte-slice، فنحوّل السلسة النصيّة hello إلى النوع المناسب: func hello(w http.ResponseWriter, r *http.Request) { w.Write([]byte("hello!")) } في الأخير نشغّل خادوم وب على المنفذ 8080 عبر الدالة http.ListenAndServe التي تستقبل معطيَين، الأول هو المنفَذ Port والثاني دالة معالجة. إذا كانت قيمة المعطى الثاني هي nil فهذا يعني أننا نريد استخدام الموجّه المبدئي DefaultServeMux. هذا الاستدعاء متزامن Synchronous، أو معترِض Blocking، يبقي البرنامج قيد التشغيل إلى أن يُقطَع الاستدعاء. صرّف وشغّل البرنامج بنفس الطريقة السابقة: go build ./hello افتح سطر أوامر - طرفيّة - آخر وأرسل طلب HTTP إلى المنفذ 8080: curl http://localhost:8080 النتيجة: hello! الأمر بسيط. ليست هناك حاجة لتثبيت إطار عمل خارجي، أو تنزيل اعتماديات Dependencies أو إنشاء هياكل مشاريع. الملف التنفيذي نفسه هو شفرة أصيلة Native code بدون اعتمادات تشغيلية. علاوة على ذلك، المكتبة المعيارية لخادوم الوِب موجهة لبيئة الإنتاج مع دفاعات ضدّ الهجمات الإلكترونية الشائعة. يمكن لهذه الشفرة الإجابة على الطلبات عبر الشبكة مباشرة ودون وسائط. إضافة مسارات جديدة يمكننا فعل أمور أكثر أهمية من مجرّد قول مرحبا (hello). فليكن المُدخَل اسم مدينة نستخدمه لاستدعاء واجهة تطبيقات برمجيّة API لأحوال الطقس ونعيد توجيه الإجابة - درجة الحرارة - في الرد على الطلب. توفّر خدمة OpenWeatherMap واجهة تطبيقات برمجيّة مجانيّة وسهلة الاستخدام للحصول على توقّعات مناخية. سجّل في الموقع للحصول على مفتاح API. يمكن الاستعلام من OpenWeatherMap حسب المدن. تُرجع واجهة التطبيقات البرمجية إجابة على النحو التالي (عدّلنا قليلا على النتيجة): { "name": "Tokyo", "coord": { "lon": 139.69, "lat": 35.69 }, "weather": [ { "id": 803, "main": "Clouds", "description": "broken clouds", "icon": "04n" } ], "main": { "temp": 296.69, "pressure": 1014, "humidity": 83, "temp_min": 295.37, "temp_max": 298.15 } } المتغيّرات في Go ذات أنواع ثابتة Statical type، بمعنى أنه ينبغي التصريح بنوع البيانات التي تخزّنها المتغيّرات قبل استخدامها. لذا سيتوجّب علينا إنشاء بنية بيانات لمطابقة صيغة رد الواجهة البرمجية. لا نحتاج لحفظ جميبع المعلومات، بل يكفي أن نحتفظ بالبيانات التي نهتم بشأنها. سنكتفي الآن باسم المدينة ودرجة الحرارة المتوقّعة التي تأتي بوحدة الكيلفن Kelvin. سنعرّف بنية لتمثيل البيانات التي نحتاجها من خدمة التوقعات المناخية. type weatherData struct { Name string `json:"name"` Main struct { Kelvin float64 `json:"temp"` } `json:"main"` } تعرّف الكلمة المفتاحية type بنية بيانات جديدة نسمّيها weatherData ونصرّح بكونها من النوع struct. يحوي كلّ حقل في المتغيّرات من نوع struct اسما (مثلا Name أو Main)، نوع بيانات (string أو struct آخر مجهول الاسم) وما يُعرَف بالوسم Tag. تشبه الوسوم في Go البيانات الوصفية Metadata، وتمكّننا من استخدام الحزمة encoding/json لإعادة صفّ الإجابة التي تقدّمها خدمة OpenWeatherMap وحفظها في بنية البيانات التي أعددناها. يتطلّب الأمر كتابة شفرة برمجية أكثر ممّا عليه الحال في لغات برمجيّة ذات أنواع ديناميكية للبيانات (بمعنى أنه يمكن استخدام متغيّر فور احتياجنا له دون الحاجة للتصريح بنوع البيانات) مثل روبي وبايثون، إلا أنه يمنحنا خاصيّة الأمان في نوع البيانات. عرّفنا بنية البيانات، نحتاج الآن لطريقة تمكّننا من ملْء هذه البنية بالبيانات القادمة من واجهة التطبيقات البرمجية؛ سنكتُب دالة لهذا الغرض. func query(city string) (weatherData, error) { resp, err := http.Get("http://api.openweathermap.org/data/2.5/weather?APPID=YOUR_API_KEY&q=" + city) if err != nil { return weatherData{}, err } defer resp.Body.Close() var d weatherData if err := json.NewDecoder(resp.Body).Decode(&d); err != nil { return weatherData{}, err } return d, nil } تأخذ الدالة سلسلة محارف تمثّل المدينة وتُرجِع متغيّرا من بنية بيانات weatherData وخطأ. هذه هي الطريقة الأساسية للتعامل مع الأخطاء في Go. تغلّف الدوال سلوكا معيَّنا، ويمكن أن يخفق هذا السلوك. بالنسبة لمثالنا، يمكن أن يخفق طلب GET الذي نرسله لـOpenWeatherMap لأسباب عدّة، وقد تكون البيانات المُرجَعة غير تلك التي ننتظرها. نُرجِع في كلتا الحالتين خطأ غير فارغ Non-nil للعميل الذي يُنتظَر منه أن يتعامل مع هذا الخطأ بما يتناسب مع السياق الذي أرسل فيه الطلب. إن نجح الطلب http.Get نؤجّل طلبا لغلق متن الإجابة لننفّذه بعد الخروج من نطاق Scope الدالة (أي بعد الرجوع من دالة طلب HTTP)، وهي طريقة أنيقة لإدارة الموارد. في أثناء ذلك نحجز بنية weatherData ونستخدم json.Decoder لقراءة بيانات الإجابة وإدخالها مباشرة في بنيتنا. عندما تنجح إعادة صياغة بيانات الإجابة نعيد المتغيّر weatherData إلى المُستدعي مع خطأ فارغ للدلالة على نجاح العملية. ننتقل الآن إلى ربط تلك الدالة بالدالة المعالجة للطلب: http.HandleFunc("/weather/", func(w http.ResponseWriter, r *http.Request) { city := strings.SplitN(r.URL.Path, "/", 3)[2] data, err := query(city) if err != nil { http.Error(w, err.Error(), http.StatusInternalServerError) return } w.Header().Set("Content-Type", "application/json; charset=utf-8") json.NewEncoder(w).Encode(data) }) نعرّف دالة معالجة على السطر In-line بدلا من تعريفها منفصلة. نستخدم الدالة strings.SplitN لأخذ كل ما يوجد بعد /weather/ في المسار والتعامل معه على أنه اسم مدينة. ننفّذ الطلب وإن صادفتنا أخطاء نعلم العميل بها باستخدام الدالة المساعدة http.Error، ونوقف تنفيذ الدالة للدلالة على اكتمال طلب HTTP. إن لم يوجد خطأ نخبر العميل بأننا بصدد إرسال بيانات JSON إليه ونستخدم الدالة json.NewEncode لترميز محتوى weatherData بصيغة JSON مباشرة. الشفرة لحدّ الساعة أنيقة، تعتمد أسلوبا إجرائيا Procedural ويسهل فهمها. لا مجال للخطأ في تفسيرها ولا يمكنها تجاوز الأخطاء الشائعة. إن نقلنا الدالة المعالجة لـ "hello, world" إلى المسار hello/ واستوردنا الحزم المطلوبة فسنحصُل على البرنامج المُكتمل التالي: package main import ( "encoding/json" "net/http" "strings" ) func main() { http.HandleFunc("/hello", hello) http.HandleFunc("/weather/", func(w http.ResponseWriter, r *http.Request) { city := strings.SplitN(r.URL.Path, "/", 3)[2] data, err := query(city) if err != nil { http.Error(w, err.Error(), http.StatusInternalServerError) return } w.Header().Set("Content-Type", "application/json; charset=utf-8") json.NewEncoder(w).Encode(data) }) http.ListenAndServe(":8080", nil) } func hello(w http.ResponseWriter, r *http.Request) { w.Write([]byte("hello!")) } func query(city string) (weatherData, error) { resp, err := http.Get("http://api.openweathermap.org/data/2.5/weather?APPID=YOUR_API_KEY&q=" + city) if err != nil { return weatherData{}, err } defer resp.Body.Close() var d weatherData if err := json.NewDecoder(resp.Body).Decode(&d); err != nil { return weatherData{}, err } return d, nil } type weatherData struct { Name string `json:"name"` Main struct { Kelvin float64 `json:"temp"` } `json:"main"` } نصرّف البرنامج وننفّذه بنفس الطريقة التي شرحناها أعلاه: go build ./hello نفتح طرفيّة أخرى ونطلب المسار http://localhost:8080/weather/tokyo (الحرارة بمقياس كلفن): curl http://localhost:8080/weather/tokyo النتيجة: {"name":"Tokyo","main":{"temp":295.9}} الاستعلام من واجهات برمجية عدّة ربما من الممكن الحصول على درجات حرارة أكثر دقّة إن استعلمنا من خدمات طقس عدّة وحسبنا المتوسّط بينها. تتطلّب أغلب الواجهات البرمجية لخدمات الطقس التسجيل. سنضيف خدمة Weather Underground، لذا سجّل في هذه الخدمة واعثر على مفاتيح الاستيثاق الضرورية لاستخدام واجهة التطبيقات البرمجية. بما أننا نريد أن نحصُل على نفس السلوك من جميع الخدمات فسيكون من المجدي كتابة هذا السلوك في واجهة. type weatherProvider interface { temperature(city string) (float64, error) // in Kelvin, naturally } يمكننا الآن تحويل دالة الاستعلام من openWeatherMap السابقة إلى نوع بيانات يوافق الواجهة weatherProvider. بما أننا لا نحتاج لحفظ أي حالة لإجراء طلب HTTP GET فسنستخدم بنية struct فارغة، وسنضيف سطرا قصيرا في دالة الاستعلام الجديدة لتسجيل ما يحدُث عند الاتصال بالخدمات لمراجعته في ما بعد: type openWeatherMap struct{} func (w openWeatherMap) temperature(city string) (float64, error) { resp, err := http.Get("http://api.openweathermap.org/data/2.5/weather?APPID=YOUR_API_KEY&q=" + city) if err != nil { return 0, err } defer resp.Body.Close() var d struct { Main struct { Kelvin float64 `json:"temp"` } `json:"main"` } if err := json.NewDecoder(resp.Body).Decode(&d); err != nil { return 0, err } log.Printf("openWeatherMap: %s: %.2f", city, d.Main.Kelvin) return d.Main.Kelvin, nil } لا نريد سوى استخراج درجة الحرارة (بالكلفن) من الإجابة، لذا يمكننا تعريف بنية struct على السطر Inline. في ما عدا ذلك فإن الشفرة البرمجية مشابهة لدالة الاستعلام السابقة، ولكنّها معرَّفة على صيغة تابع Method لبنية openWeatherMap. تتيح لنا هذه الطريقة استخدام عيّنة Instance من openWeatherMap مكان الواجهة weatherProvider. سنفعل نفس الشيء بالنسبة لخدمة Weather Underground. الفرق الوحيد مع الخدمة السابقة هو أننا سنخزّن مفتاح الواجهة البرمجية في بنية struct ثم نستخدمه في التابع. يجدر ملاحظة أن Weather Underground لا تعالج أسماء المدن المتطابقة بنفس جودة تعامل Open WeatherMap، وهو ما ينبغي الانتباه إليه في التطبيقات الفعلية. لن نعالج هذا الأمر في مثالنا البسيط هذا. type weatherUnderground struct { apiKey string } func (w weatherUnderground) temperature(city string) (float64, error) { resp, err := http.Get("http://api.wunderground.com/api/" + w.apiKey + "/conditions/q/" + city + ".json") if err != nil { return 0, err } defer resp.Body.Close() var d struct { Observation struct { Celsius float64 `json:"temp_c"` } `json:"current_observation"` } if err := json.NewDecoder(resp.Body).Decode(&d); err != nil { return 0, err } kelvin := d.Observation.Celsius + 273.15 log.Printf("weatherUnderground: %s: %.2f", city, kelvin) return kelvin, nil } لدينا الآن مزوّدا خدمة طقس. فلنكتب دالّة تستعلم من الاثنين وتعيد متوسّط درجة الحرارة. سنكفّ - حفاظا على بساطة المثال - عن الاستعلام إذا واجهتنا مشكلة في الحصول على بيانات من الخدمتين. func temperature(city string, providers ...weatherProvider) (float64, error) { sum := 0.0 for _, provider := range providers { k, err := provider.temperature(city) if err != nil { return 0, err } sum += k } return sum / float64(len(providers)), nil } لاحظ أن تعريف الدالة قريب جدّا من تعريف التابع temperature المُعرَّف في الواجهة weatherProvider. إن جمعنا الواجهات weatherProvider في نوع بيانات ثم عرّفنا تابعا باسم temperature على هذا النوع فسيمكننا إنشاء نوع جديد يجمع الواجهات weatherProvider. type multiWeatherProvider []weatherProvider func (w multiWeatherProvider) temperature(city string) (float64, error) { sum := 0.0 for _, provider := range w { k, err := provider.temperature(city) if err != nil { return 0, err } sum += k } return sum / float64(len(w)), nil } رائع! سنتمكّن من تمرير multiWeatherProvider إلى أي دالة تقبل weatherProvider. نربُط الآن خادوم HTTP بدالة temperature للحصول على درجات الحرارة عند طلب مسار به اسم مدينة: func main() { mw := multiWeatherProvider{ openWeatherMap{}, weatherUnderground{apiKey: "your-key-here"}, } http.HandleFunc("/weather/", func(w http.ResponseWriter, r *http.Request) { begin := time.Now() city := strings.SplitN(r.URL.Path, "/", 3)[2] temp, err := mw.temperature(city) if err != nil { http.Error(w, err.Error(), http.StatusInternalServerError) return } w.Header().Set("Content-Type", "application/json; charset=utf-8") json.NewEncoder(w).Encode(map[string]interface{}{ "city": city, "temp": temp, "took": time.Since(begin).String(), }) }) http.ListenAndServe(":8080", nil) } صرّف البرنامج، شغّله واطلب رابط خادوم الوب كما فعلنا سابقا. ستجد - علاوة على الإجابة بصيغة JSON في نافذة الطلب - مُخرجات قادمة من تسجيلات الخادوم التي أضفناها أعلاه في النافذة التي شغّلت منها البرنامج. ./hello 2015/01/01 13:14:15 openWeatherMap: tokyo: 295.46 2015/01/01 13:14:16 weatherUnderground: tokyo: 273.15 $ curl http://localhost:8080/weather/tokyo {"city":"tokyo","temp":284.30499999999995,"took":"821.665230ms"} جعل الاستعلامات تعمل بالتوازي نكتفي لحدّ الساعة بالاستعلام من الواجهات البرمجية بالتتالي، الواحدة تلو الأخرى. لا يوجد ما يمنعنا من الاستعلام من الواجهتيْن البرمجيّتين في نفس الوقت، وهو ما سياسهم في تقليل الوقت اللازم للإجابة. نستفيد من إمكانات Go في التشغيل المتزامن عبر وحدات Go الفرعية goroutines والقنوات Channels. سنضع كل استعلام في وحدة فرعية خاصّة به ثم نشغّلها بالتوازي. نجمع الإجابات بعد ذلك في قناة واحدة ثم نحسب المعدّلات عندما تكتمل جميع الاستعلامات. func (w multiWeatherProvider) temperature(city string) (float64, error) { // ننشئ قناتيْن، واحدة لدرجات الحرارة والأخرى للأخطاء // يُضيف كل مزوّد خدمة قيمة إلى إحدى القناتيْن فقط temps := make(chan float64, len(w)) errs := make(chan error, len(w)) // نطلق بالنسبة لكلّ مزوّد خدمة وحدة فرعية جديدة بدالة مجهولة الاسم. تستدعي الدالة مجهولة الاسم التابع temperature ثم تعيد توجيه النتيجة المتحصًّل عليها. for _, provider := range w { go func(p weatherProvider) { k, err := p.temperature(city) if err != nil { errs <- err return } temps <- k }(provider) } sum := 0.0 // نجمع درجات الحرارة - أو الأخطاء في حالة وجودها - من كل خِدمة for i := 0; i < len(w); i++ { select { case temp := <-temps: sum += temp case err := <-errs: return 0, err } } // نُرجع الحرارة كما في السابق return sum / float64(len(w)), nil } يساوي الوقت اللازم الآن لتنفيذ جميع الاستعلامات المدة الزمنية اللازمة للحصول على إجابة من أبطأ خدمة طقس؛ بدلا من مجموع المدد الزمنية لجميع الاستعلامات كما كان سابقا. كل ما احتجنا له هو تعديل سلوك multiWeatherProvider الذي ما زال مع ذلك يُرضي حاجات واجهة weatherProvider البسيطة وغير المتوازية. السهولة انتقلنا ببضع خطوات وبالاقتصار فقط على المكتبة المعيارية لـGo من مثال “hello world” إلى خادوم سند خلفي Backend server يحترم مبادئ REST. يمكن نشر الشفرة التي كتبناها على أي معمارية خواديم تقريبا. الملف التنفيذي الناتج سريع ويتضمّن جميع ما يحتاجه للعمل؛ والأهم من ذلك، الشفرة البرمجيّة واضحة لقراءتها وفهمها. كما تمكن صيانتها وتمديدها بسهولة حسب الحاجة. أنا مقتنع أن كلّ هذه الميزات هي نتيجة لتفاني Go في البساطة. ترجمة - بتصرّف - للمقال How I start Go لصاحبه Peter Bourgon.