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Go語言interface 與 nil 的比較

interface簡介

Go語言以簡單易上手而著稱，它的語法非常簡單，熟悉C++，Java的開發者只需要很短的時間就可以掌握Go語言的基本用法。

interface是Go語言里所提供的非常重要的特性。一個interface里可以定義一個或者多個函數，例如系統自帶的io.ReadWriter的定義如下所示：

type ReadWriter interface {
  Read(b []byte) (n int, err error)
  Write(b []byte) (n int, err error)
}

任何類型只要它提供了Read和Write的綁定函數實現，Go就認為這個類型實現了這個interface（duck-type），而不像Java需要開發者使用implements標明。

然而Go語言的interface在使用過程中卻有一個特別坑的特性，當你比較一個interface類型的值是否是nil的時候，這是需要特別注意避免的問題。

一次真實的踩坑

這是我們在GoWorld分布式游戲服務器的開發中，碰到的一個實際的bug。由于GoWorld支持多種不同的數據庫（包括MongoDB，Redis等）來保存服務端對象，因此GoWorld在上層提供了一個統一的對象存儲接口定義，而不同的對象數據庫實現只需要實現EntityStorage接口所提供的函數即可。

// EntityStorage defines the interface of entity storage backends
type EntityStorage interface {
 List(typeName string) ([]common.EntityID, error)
 Write(typeName string, entityID common.EntityID, data interface{}) error
 Read(typeName string, entityID common.EntityID) (interface{}, error)
 Exists(typeName string, entityID common.EntityID) (bool, error)
 Close()
 IsEOF(err error) bool
}

以一個使用Redis作為對象數據庫的實現為例，函數OpenRedis連接Redis數據庫并最終返回一個redisEntityStorage對象的指針。

// OpenRedis opens redis as entity storage
func OpenRedis(url string, dbindex int) *redisEntityStorage {
 c, err := redis.DialURL(url)
 if err != nil {
 return nil
 }

 if dbindex >= 0 {
 if _, err := c.Do("SELECT", dbindex); err != nil {
  return nil
 }
 }

 es := redisEntityStorage{
 c: c,
 }

 return es
}

在上層邏輯中，我們使用OpenRedis函數連接Redis數據庫，并將返回的redisEntityStorage指針賦值個一個EntityStorage接口變量，因為redisEntityStorage對象實現了EntityStorage接口所定義的所有函數。

var storageEngine StorageEngine // 這是一個全局變量
storageEngine = OpenRedis(cfg.Url, dbindex)
if storageEngine != nil {
  // 連接成功
  ...
} else {
  // 連接失敗
  ...
}

上面的代碼看起來都很正常，OpenRedis在連接Redis數據庫失敗的時候會返回nil，然后調用者將返回值和nil進行比較，來判斷是否連接成功。這個就是Go語言少有的幾個深坑之一，因為不管OpenRedis函數是否連接Redis成功，都會運行連接成功的邏輯。

尋找問題所在

想要理解這個問題，首先需要理解interface{}變量的本質。在Go語言中，一個interface{}類型的變量包含了2個指針，一個指針指向值的類型，另外一個指針指向實際的值。我們可以用如下的測試代碼進行驗證。

// InterfaceStructure 定義了一個interface{}的內部結構
type InterfaceStructure struct {
 pt uintptr // 到值類型的指針
 pv uintptr // 到值內容的指針
}

// asInterfaceStructure 將一個interface{}轉換為InterfaceStructure
func asInterfaceStructure (i interface{}) InterfaceStructure {
 return *(*InterfaceStructure)(unsafe.Pointer(i))
}

func TestInterfaceStructure(t *testing.T) {
 var i1, i2 interface{}
 var v1 int = 0x0AAAAAAAAAAAAAAA
 var v2 int = 0x0BBBBBBBBBBBBBBB
 i1 = v1
 i2 = v2
 fmt.Printf("sizeof interface{} = %d\n", unsafe.Sizeof(i1))
 fmt.Printf("i1 %x %+v\n", i1, asInterfaceStructure(i1))
 fmt.Printf("i2 %x %+v\n", i2, asInterfaceStructure(i2))
 var nilInterface interface{}
 fmt.Printf("nil interface = %+v\n", asInterfaceStructure(nilInterface))
}

這段代碼的輸出如下：

sizeof interface{} = 16
i1 aaaaaaaaaaaaaaa {pt:5328736 pv:825741282816}
i2 bbbbbbbbbbbbbbb {pt:5328736 pv:825741282824}
nil interface = {pt:0 pv:0}

所以對于一個interface{}類型的nil變量來說，它的兩個指針都是0。這是符合Go語言對nil的標準定義的。在Go語言中，nil是零值（Zero Value），而在Java之類的語言里，null實際上是空指針。關于零值和空指針有什么區別，這里就不再展開了。

當我們將一個具體類型的值賦值給一個interface類型的變量的時候，就同時把類型和值都賦值給了interface里的兩個指針。如果這個具體類型的值是nil的話，interface變量依然會存儲對應的類型指針和值指針。

func TestAssignInterfaceNil(t *testing.T) {
 var p *int = nil
 var i interface{} = p
 fmt.Printf("%v %+v is nil %v\n", i, asInterfaceStructure(i), i == nil)
}

輸入如下：

nil> {pt:5300576 pv:0} is nil false

可見，在這種情況下，雖然我們把一個nil值賦值給interface{}，但是實際上interface里依然存了指向類型的指針，所以拿這個interface變量去和nil常量進行比較的話就會返回false。

如何解決這個問題

想要避開這個Go語言的坑，我們要做的就是避免將一個有可能為nil的具體類型的值賦值給interface變量。以上述的OpenRedis為例，一種方法是先對OpenRedis返回的結果進行非-nil檢查，然后再賦值給interface變量，如下所示。

var storageEngine StorageEngine // 這是一個全局變量
redis := OpenRedis(cfg.Url, dbindex)
if redis != nil {
  // 連接成功
  storageEngine = redis // 確定redis不是nil之后再賦值給interface變量
} else {
  // 連接失敗
  ...
}

另外一種方法是讓OpenRedis函數直接返回EntityStorage接口類型的值，這樣就可以把OpenRedis的返回值直接正確賦值給EntityStorage接口變量。

// OpenRedis opens redis as entity storage
func OpenRedis(url string, dbindex int) EntityStorage {
 c, err := redis.DialURL(url)
 if err != nil {
 return nil
 }

 if dbindex >= 0 {
 if _, err := c.Do("SELECT", dbindex); err != nil {
  return nil
 }
 }

 es := redisEntityStorage{
 c: c,
 }

 return es
}

至于那種方法更好，就見仁見智了。希望大家在實際項目中不要踩坑，即使踩了也能快速跳出來！

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