Язык Go – серверный язык будущего. В этой статье мы не будем разбирать «Hello World!», но затронем важность Golang и его характеристики.
Аппаратные ограничения
Первый процессор Pentium 4 с тактовой частотой 3,0 ГГц был представлен еще в 2004 году корпорацией Intel. Сегодня Mackbook Pro 2016 имеет тактовую частоту 2,9 ГГц. Таким образом, почти за одно десятилетие мощности не слишком-то изменились. Вы можете увидеть сравнение мощностей на разных этапах на диаграмме ниже.
Из приведенной диаграммы видно, что производительность потока и частота процессора оставались стабильными почти десятилетие. Если вы думаете, что добавление большего количества транзисторов окажется хорошим решением – вы ошибаетесь. Это связано с тем, что начнут проявляться некоторые квантовые свойства (например, туннелирование) и сопутствующие проблемы.
Для решения этой задачи:
- Производители начали добавлять в процессоры все больше и больше ядер. В настоящее время мы имеем четырехъядерные и восьмиядерные процессоры.
- Они также ввели гиперпоточность.
- Для повышения производительности добавлено больше кэша.
Но у вышеупомянутых решений тоже есть недостатки. Мы не можем добавить к процессору неограниченное количество кэш-памяти, поскольку у нее есть физические ограничения: чем больше кэш, тем он медленнее. Да и добавление большего количества ядер в процессор повлечет дополнительные затраты.
Все это имеет пределы. Например, многоядерные процессоры могут одновременно запускать несколько потоков, что приводит к параллелизму изображения.
Если же нельзя положиться на усовершенствование оборудования, единственный выход – более эффективное ПО для повышения производительности. Но современные языки программирования малоэффективны в данном вопросе.
«Современные процессоры похожи на нитрозаправленные смешные автомобили. К сожалению, языки программирования сегодня напоминают Монте-Карло: они полны изгибов и поворотов.» © D. Ungar
У нас есть язык Go и горутины!
Увеличение количества ядер ожидается и в дальнейшем. Более того, сегодняшние приложения используют несколько микросервисов для поддержки соединений с базами данных, MQ (Messages queues) и хранение кэша. Разрабатываемое нами ПО и языки программирования должны поддерживать параллелизм и быть расширяемыми в условиях постоянного увеличения количества ядер.
Большинство современных языков программирования (таких как Java, Python etc.) поддерживают многопоточность. Но настоящая проблема связана с одновременным исполнением, блокировкой потоков, состоянием гонки и взаимоблокировками. Это затрудняет разработку многопоточного приложения.
Возьмем, к примеру, Java. Каждый канал потребляет около 1 Мб объема памяти, и, в конце концов, если вы задействуете тысячи потоков, все может закончиться нехваткой памяти. Кроме того, взаимодействие между двумя или несколькими потоками – это тоже непросто.
Язык Go (он же Golang) появился в 2009 году, когда уже были многоядерные процессоры. Вот почему этот ЯП построен с учетом параллелизма. У Go есть goroutine вместо потоков. Они потребляют только 2 Кб памяти. Таким образом, можно в любой момент активировать миллионы горутин.
Другие преимущества:
- Горутины обладают сегментированными расширяемыми стеками. Другими словами, они используют больше памяти только тогда, когда это необходимо.
- Также они запускаются быстрее, чем потоки.
- Goroutines идут вместе со встроенными примитивами, чтобы безопасно обмениваться данными.
- В условиях одновременного использовании структур данных не придется прибегать к блокировке мьютексов.
- 1 горутина может свободно работать на нескольких потоках. Горутины мультиплексируются в небольшое количество потоков ОС.
Вот одно из выступлений Роба Пайка, в котором раскрываются вопросы многозадачности и параллелизма.
Все вышеперечисленные моменты делают язык Go мощным инструментом в обработке параллелизма, как в C-языках и Java, но с сохранением естественности и красоты кода, как в Erlang.
Go запускается на базовом оборудовании
Одним из наиболее значительных преимуществ языков C и C++ над другими современными языками, такими как Java/Python, является их производительность. Дело в том, что C и C++ вместо интерпретации компилируются.
Процессоры считывают двоичный код. При создании программы на Java или других языках на базе JVM проект компилируется с понятного человеку кода в байтовый код для виртуальной машины поверх базовой ОС. Во время выполнения VM интерпретирует эти байт-коды и преобразует их в двоичные, которые могут понять процессоры.
В то время как есть языки C/C++, не использующие VM, из-за чего удаляется один шаг из цикла выполнения, что и повышает производительность. Код напрямую компилируется из человечески читаемого кода в двоичный.
Но освобождение и распределение переменной на таких ЯП – большая проблема. Хотя большинство языков обрабатывают распределение и удаление объектов с использованием сборки мусора или алгоритмов подсчета ссылок.
Язык Go собрал в себе лучшее из всего. Как и языки нижнего уровня, Go является компилируемым. Это означает, что производительность почти такая же высокая, как и в низкоуровневых языках. А еще он использует сборщик мусора для выделения и удаления объекта. Больше free() и malloc(). То, что нужно!
Код на Go прост в обслуживании
Язык Go лишен сумасшедшего синтаксиса. В отличие от других ЯП, в нем предусмотрен очень аккуратный и чистый синтаксис.
Разработчики Go это учли, создавая свой язык. Поскольку у Google очень большая код-база, над которой работают тысячи разрабов корпорации, код должен быть максимально прост для понимания всех остальных, и каждый его сегмент должен обладать минимальным количеством побочных эффектов для остальных частей. Такой код легко поддерживается и модифицируется.
Go специально не учитывает многие особенности современных языков ООП:
- Нет классов. Все разделяется на пакеты. Go работает со структурами, а не с классами.
- Не поддерживает наследование. Это упрощает изменение кода. В языках вроде Java и Python если класс A наследует класс B, и вы вносите изменения в последний, это может вызвать некоторые нежелательные изменения внутри других классов, которые наследуют B. Без наследования Go также становится легко читаемым: нет суперклассов, которые следует изучать особо тщательно.
- Нет дженериков.
- Нет аннотаций.
- Нет конструкторов.
- Нет исключений.
Вышеизложенные изменения делают Golang отличным от других языком, а программирование на Go – предельно простым. Возможно, некоторые перечисленные пункты вам и не понравятся (особенно если вы привыкли работать с типичными языками ООП).
Но это не значит, что вы не сможете написать свою программу на Go. Все, что нужно сделать, так это добавить дополнительные 2-3 строки кода. Зато на выходе код будет более красивым, чистым и понятным.
На графике видно, что язык Go примерно так же эффективен, как C/C++, и при этом сохраняет синтаксис кода простым, как Ruby или Python. Это лучший вариант для людей и процессоров.
В отличие от прочих новых языков, таких как Swift, синтаксис Go стабилен. Он остался прежним с первого выпуска версии 1.0, что состоялся в 2012 году. Это делает его обратно совместимым.
Golang поддерживается Google
Да, это не является прямым техническим преимуществом. Но Go создан и поддерживается успешной корпорацией. Google обладает одной из крупнейших облачных инфраструктур в мире, которая продолжает развиваться.
Язык программирования Go создан разработчиками Google для решения своих нужд, касающихся поддержки эффективности и масштабируемости. Это те же проблемы, с которыми вы тоже столкнетесь при создании собственных серверов.
Кроме того, язык программирования Go пользуется популярностью в компаниях IBM, Intel, Adobe, Medium и BBC.
Выводы
Несмотря на то, что язык Go сильно отличается от других объектно-ориентированных языков, это все тот же язык программирования. Go обеспечивает:
- высокую производительность, подобно C и C++;
- суперэффективную обработку параллелизма, такую как в Java;
- удовольствие от работы с максимально удобным для разработчика кодом, как и в случае с Python, Perl.
Даже если вы не планируете осваивать язык Go, вы все равно должны понимать, что аппаратный лимит оказывает на нас, разработчиков, сильное давление, так как далеко не всегда позволяет написать эффективный код. Разработчику необходимо понять аппаратное обеспечение и уже в соответствии с ним оптимизировать программу.
Доказано, что оптимизированное программное обеспечение может работать и на дешевом, медленном железе (например, на устройствах IOT), что оказывает положительный эффект на взаимодействие с конечным пользователем.
Комментарии