GO 编程模式：修饰器

前言

这种模式很容易的可以把一些函数装配到另外一些函数上，可以让你的代码更为的简单，也可以让一些“小功能型”的代码复用性更高，让代码中的函数可以像乐高玩具那样自由地拼装。

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2020 年 12 月 24 日 - 初稿

简单示例

我们先来看一个示例：

package main

import "fmt"

func decorator(f func(s string)) func(s string) {

    return func(s string) {
        fmt.Println("Started")
        f(s)
        fmt.Println("Done")
    }
}

func Hello(s string) {
    fmt.Println(s)
}

func main() {
        decorator(Hello)("Hello, World!")
}

我们可以看到，我们动用了一个高阶函数 decorator()，在调用的时候，先把 Hello() 函数传进去，然后其返回一个匿名函数，这个匿名函数中除了运行了自己的代码，也调用了被传入的 Hello() 函数。

这个玩法和 Python 的异曲同工，只不过，有些遗憾的是，Go 并不支持像 Python 那样的 @decorator 语法糖。所以，在调用上有些难看。当然，如果你要想让代码容易读一些，你可以这样：

package main

import (
  "fmt"
  "reflect"
  "runtime"
  "time"
)

type SumFunc func(int64, int64) int64

func getFunctionName(i interface{}) string {
  return runtime.FuncForPC(reflect.ValueOf(i).Pointer()).Name()
}

func timedSumFunc(f SumFunc) SumFunc {
  return func(start, end int64) int64 {

    defer func(t time.Time) {
      fmt.Printf("--- Time Elapsed (%s): %v ---\n", 
          getFunctionName(f), time.Since(t))
    }(time.Now())

    return f(start, end)
  }
}

func Sum1(start, end int64) int64 {
  var sum int64
  sum = 0
  if start > end {
    start, end = end, start
  }
  for i := start; i <= end; i++ {
    sum += i
  }
  return sum
}

func Sum2(start, end int64) int64 {
  if start > end {
    start, end = end, start
  }
  return (end - start + 1) * (end + start) / 2
}

func main() {

  sum1 := timedSumFunc(Sum1)
  sum2 := timedSumFunc(Sum2)

  fmt.Printf("%d, %d\n", sum1(-10000, 10000000), sum2(-10000, 10000000))
}

关于上面的代码，有几个事说明一下：

1）有两个 Sum 函数，Sum1() 函数就是简单的做个循环，Sum2() 函数动用了数据公式。（注意：start 和 end 有可能有负数的情况）

2）代码中使用了 Go 语言的反射机器来获取函数名。

3）修饰器函数是 timedSumFunc()

运行后输出：

$ go run time.sum.go
--- Time Elapsed (main.Sum1): 3.557469ms ---
--- Time Elapsed (main.Sum2): 291ns ---
49999954995000, 49999954995000

HTTP 相关的一个示例

我们再来看一个处理 HTTP 请求的相关的例子。

先看一个简单的 HTTP Server 的代码。

package main

import (
    "fmt"
    "log"
    "net/http"
    "strings"
)

func WithServerHeader(h http.HandlerFunc) http.HandlerFunc {
    return func(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
        log.Println("--->WithServerHeader()")
        w.Header().Set("Server", "HelloServer v0.0.1")
        h(w, r)
    }
}

func hello(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
    log.Printf("Recieved Request %s from %s\n", r.URL.Path, r.RemoteAddr)
    fmt.Fprintf(w, "Hello, World! "+r.URL.Path)
}

func main() {
    http.HandleFunc("/v1/hello", WithServerHeader(hello))
    err := http.ListenAndServe(":8080", nil)
    if err != nil {
        log.Fatal("ListenAndServe: ", err)
    }
}

上面代码中使用到了修饰模式，WithServerHeader() 函数就是一个 Decorator，其传入一个 http.HandlerFunc，然后返回一个改写的版本。上面的例子还是比较简单，用 WithServerHeader() 就可以加入一个 Response 的 Header。

于是，这样的函数我们可以写出好些个。如下所示，有写 HTTP 响应头的，有写认证 Cookie 的，有检查认证Cookie的，有打日志的……

package main

import (
    "fmt"
    "log"
    "net/http"
    "strings"
)

func WithServerHeader(h http.HandlerFunc) http.HandlerFunc {
    return func(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
        log.Println("--->WithServerHeader()")
        w.Header().Set("Server", "HelloServer v0.0.1")
        h(w, r)
    }
}

func WithAuthCookie(h http.HandlerFunc) http.HandlerFunc {
    return func(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
        log.Println("--->WithAuthCookie()")
        cookie := &http.Cookie{Name: "Auth", Value: "Pass", Path: "/"}
        http.SetCookie(w, cookie)
        h(w, r)
    }
}

func WithBasicAuth(h http.HandlerFunc) http.HandlerFunc {
    return func(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
        log.Println("--->WithBasicAuth()")
        cookie, err := r.Cookie("Auth")
        if err != nil || cookie.Value != "Pass" {
            w.WriteHeader(http.StatusForbidden)
            return
        }
        h(w, r)
    }
}

func WithDebugLog(h http.HandlerFunc) http.HandlerFunc {
    return func(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
        log.Println("--->WithDebugLog")
        r.ParseForm()
        log.Println(r.Form)
        log.Println("path", r.URL.Path)
        log.Println("scheme", r.URL.Scheme)
        log.Println(r.Form["url_long"])
        for k, v := range r.Form {
            log.Println("key:", k)
            log.Println("val:", strings.Join(v, ""))
        }
        h(w, r)
    }
}
func hello(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
    log.Printf("Recieved Request %s from %s\n", r.URL.Path, r.RemoteAddr)
    fmt.Fprintf(w, "Hello, World! "+r.URL.Path)
}

func main() {
    http.HandleFunc("/v1/hello", WithServerHeader(WithAuthCookie(hello)))
    http.HandleFunc("/v2/hello", WithServerHeader(WithBasicAuth(hello)))
    http.HandleFunc("/v3/hello", WithServerHeader(WithBasicAuth(WithDebugLog(hello))))
    err := http.ListenAndServe(":8080", nil)
    if err != nil {
        log.Fatal("ListenAndServe: ", err)
    }
}

多个修饰器的 Pipeline

在使用上，需要对函数一层层的套起来，看上去好像不是很好看，如果需要 decorator 比较多的话，代码会比较难看了。嗯，我们可以重构一下。

重构时，我们需要先写一个工具函数——用来遍历并调用各个 decorator：

type HttpHandlerDecorator func(http.HandlerFunc) http.HandlerFunc

func Handler(h http.HandlerFunc, decors ...HttpHandlerDecorator) http.HandlerFunc {
    for i := range decors {
        d := decors[len(decors)-1-i] // iterate in reverse
        h = d(h)
    }
    return h
}

然后，我们就可以像下面这样使用了。

1	http.HandleFunc("/v4/hello", Handler(hello,WithServerHeader, WithBasicAuth, WithDebugLog))

这样的代码是不是更易读了一些？pipeline 的功能也就出来了。

泛型的修饰器

不过，对于 Go 的修饰器模式，还有一个小问题 —— 好像无法做到泛型，就像上面那个计算时间的函数一样，其代码耦合了需要被修饰的函数的接口类型，无法做到非常通用，如果这个事解决不了，那么，这个修饰器模式还是有点不好用的。

因为 Go 语言不像 Python 和 Java，Python是动态语言，而 Java 有语言虚拟机，所以他们可以干好些比较变态的事，然而 Go 语言是一个静态的语言，这意味着其类型需要在编译时就要搞定，否则无法编译。不过，Go 语言支持的最大的泛型是 interface{} 还有比较简单的 reflection 机制，在上面做做文章，应该还是可以搞定的。

废话不说，下面是我用 reflection 机制写的一个比较通用的修饰器（为了便于阅读，我删除了出错判断代码）

func Decorator(decoPtr, fn interface{}) (err error) {
    var decoratedFunc, targetFunc reflect.Value

    decoratedFunc = reflect.ValueOf(decoPtr).Elem()
    targetFunc = reflect.ValueOf(fn)

    v := reflect.MakeFunc(targetFunc.Type(),
            func(in []reflect.Value) (out []reflect.Value) {
                fmt.Println("before")
                out = targetFunc.Call(in)
                fmt.Println("after")
                return
            })

    decoratedFunc.Set(v)
    return
}

上面的代码动用了 reflect.MakeFunc() 函数制出了一个新的函数其中的 targetFunc.Call(in) 调用了被修饰的函数。关于 Go 语言的反射机制，推荐官方文章 —— 《The Laws of Reflection》，在这里我不多说了。

上面这个 Decorator() 需要两个参数，

第一个是出参 decoPtr ，就是完成修饰后的函数
第二个是入参 fn ，就是需要修饰的函数

这样写是不是有些二？的确是的。不过，这是我个人在 Go 语言里所能写出来的最好的的代码了。如果你知道更多优雅的，请你一定告诉我！

好的，让我们来看一下使用效果。首先假设我们有两个需要修饰的函数：

func foo(a, b, c int) int {
    fmt.Printf("%d, %d, %d \n", a, b, c)
    return a + b + c
}

func bar(a, b string) string {
    fmt.Printf("%s, %s \n", a, b)
    return a + b
}

然后，我们可以这样做：

type MyFoo func(int, int, int) int
var myfoo MyFoo
Decorator(&myfoo, foo)
myfoo(1, 2, 3)

你会发现，使用 Decorator() 时，还需要先声明一个函数签名，感觉好傻啊。一点都不泛型，不是吗？

嗯。如果你不想声明函数签名，那么你也可以这样

1
2
3

mybar := bar
Decorator(&mybar, bar)
mybar("hello,", "world!")

好吧，看上去不是那么的漂亮，但是 it works。看样子 Go 语言目前本身的特性无法做成像 Java 或 Python 那样，对此，我们只能多求 Go 语言多放糖了！

Again，如果你有更好的写法，请你一定要告诉我。