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Golang 动态脚本调研详解_Golang_
2023-05-26
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简介 Golang 动态脚本调研详解_Golang_
一、技术背景
1.1 程序的动态链接技术
在实际开发过程中，我们经常需要动态地更新程序的功能，或者在不变更程序主体文件的情况下添加或者更新程序模块。
1.1.1 动态链接库
首先最常见的是windows平台所支持的动态链接库（Dynamic Link Library），一般后缀名为.dll 。其优势非常明显：
- 多个程序可以共享代码和数据。即多个程序加载同一个DLL文件。
- 可以自然地将程序划分为若干个模块。每个模块输出为单独的DLL文件，由主程序加载执行。
- 跨语言调用。由于DLL文件是语言无关的，一个DLL文件可以被多种编程语言加载执行。
- 便于更新。在程序更新过程中，仅更新对应模块的DLL文件即可，无需重新部署整个程序。
- 为热更新提供技术可能性。动态链接库可以通过编程手段实现加载和卸载，以此可以支持不重启程序的情况下更新模块。
- 为程序提供编程接口。可以将自己程序的调用接口封装为DLL文件，供其他程序调用。
1.1.2 动态共享对象
在Linux平台，此项技术名为动态共享对象（dynamic shared objects），常见后缀名为.so。
动态共享对象除了上述“动态链接库”的优势之外，也能解决由于Linux的开放性带来的底层接口兼容问题。即通过动态共享对象封装操作系统底层接口，对外提供统一的调用接口，以供上层应用程序调用。相当于提供了一层兼容层。
1.1.3 非编译语言的动态技术
非编译语言，由于本身是通过源代码发布，所以实现动态加载程序模块或者更新模块，直接修改源代码即可。思路简单且容易实现。
1.2 Golang 的动态技术
Golang作为编译型的开发语言，本身并不支持通过源代码实现动态加载和更新。但Golang官方提供了Plugin技术，实现动态加载。
通过在编译时添加参数，将Go程序编译为 Plugin：
go build -buildmode=plugin
但是此技术在当前版本（1.19）局限性非常大。通过其文档 https://pkg.go.dev/plugin 可知：
- 平台限制，目前仅支持：Linux, FreeBSD 和 macOS
- 卸载限制，仅支持动态加载，不支持动态卸载。
- 不提供统一接口，只能通过反射处理Plugin内部的属性和函数。
并且上述问题，Golang官方并不打算解决……
二、Golang 的第三方解释器（Yaegi）
解释器一般只存在于脚本语言中，但是Traefik为了实现动态加载的插件功能，开发了一个Golang的解释器。提供了在运行时直接执行Golang源代码的能力。
参考项目：https://github.com/traefik/yaegi
2.1 使用场景
yaegi 项目官方推荐三种场景：
- 内嵌解释器
- 动态扩展框架
- 命令行解释器
并且官方针对上述三种场景，均给出了相应的示例：
2.1.1 内嵌解释器
package main import ( "github.com/traefik/yaegi/interp" "github.com/traefik/yaegi/stdlib" ) func main() { i := interp.New(interp.Options{}) i.Use(stdlib.Symbols) _, err := i.Eval(`import "fmt"`) if err != nil { panic(err) } _, err = i.Eval(`fmt.Println("Hello Yaegi")`) if err != nil { panic(err) } } 2.1.2 动态扩展框架
package main import "github.com/traefik/yaegi/interp" const src = `package foo func Bar(s string) string { return s + "-Foo" }` func main() { i := interp.New(interp.Options{}) _, err := i.Eval(src) if err != nil { panic(err) } v, err := i.Eval("foo.Bar") if err != nil { panic(err) } bar := v.Interface().(func(string) string) r := bar("Kung") println(r) } 2.1.3 命令行解释器
Yaegi提供了一个命令行工具，实现了 读取-执行-显示 的循环。
$ yaegi > 1 + 2 3 > import "fmt" > fmt.Println("Hello World") Hello World >2.2 数据交互
数据交互方式比较多，需要注意的是从解释器内部返回的数据都是 reflect.Value 类型，获取其实际的值需要类型转换。
2.2.1 数据输入
可以有（但不限于）下述四种方法：
- 通过 os.Args 传入数据
- 通过 环境变量 传入数据
- 通过 赋值语句 传入数据
- 通过 函数调用 传入数据
下面是我自己写的代码示例：
package main import ( "fmt" "github.com/traefik/yaegi/interp" "github.com/traefik/yaegi/stdlib" ) func main() { { // 通过 os.Args 传入数据 i := interp.New(interp.Options{ Args: []string{"666"}, }) i.Use(stdlib.Symbols) i.Eval(`import "fmt"`) i.Eval(`import "os"`) i.Eval(`fmt.Printf("os.Args[0] --- %s\n", os.Args[0])`) // os.Args[0] --- 666 } { // 通过 环境变量 传入数据 i := interp.New(interp.Options{ Env: []string{"inputEnv=666"}, }) i.Use(stdlib.Symbols) i.Eval(`import "fmt"`) i.Eval(`import "os"`) i.Eval(`fmt.Printf("os.Getenv(\"inputEnv\") --- %s\n", os.Getenv("inputEnv"))`) // os.Getenv("inputEnv") --- 666 } { // 执行赋值语句传入数据 i := interp.New(interp.Options{}) i.Use(stdlib.Symbols) i.Eval(`import "fmt"`) i.Eval(fmt.Sprintf("inputVar:=\"%s\"", "666")) i.Eval(`fmt.Printf("inputVar --- %s\n", inputVar)`) // inputVar --- 666 } { // 通过函数调用传递 i := interp.New(interp.Options{}) i.Use(stdlib.Symbols) i.Eval(`import "fmt"`) i.Eval(`var data map[string]interface{}`) i.Eval(`func SetData(d map[string]interface{}){ data = d }`) f, _ := i.Eval("SetData") fun := f.Interface().(func(map[string]interface{})) fun(map[string]interface{}{ "data01": 666, }) i.Eval(`fmt.Printf("SetData --- %d\n", data["data01"])`) // SetData --- 666 } } 2.1.2 数据输出
从解释器获取数据，实际上是获取全局变量的值，可以通过下述方法：
- Eval 方法直接获取
- 通过函数调用获取
- Global 方法获取所有全局变量
package main import ( "fmt" "github.com/traefik/yaegi/interp" "github.com/traefik/yaegi/stdlib" ) func main() { { // 通过 Eval 直接获取 i := interp.New(interp.Options{}) i.Use(stdlib.Symbols) i.Eval(`data := 666`) v, _ := i.Eval("data") value := v.Interface().(int) fmt.Printf("data = %d\n", value) // data = 666 } { // 通过函数返回值获取 i := interp.New(interp.Options{}) i.Use(stdlib.Symbols) i.Eval(`data := 666`) i.Eval(`func GetData() int {return data}`) f, _ := i.Eval("GetData") fun := f.Interface().(func() int) fmt.Printf("data = %d\n", fun()) // data = 666 } { // 通过 Eval 直接获取 i := interp.New(interp.Options{}) i.Use(stdlib.Symbols) i.Eval(`dataInt := 666`) i.Eval(`dataStr := "666"`) for name, v := range i.Globals() { value := v.Interface() switch value.(type) { case int: fmt.Printf("%s = %d\n", name, value) // dataInt = 666 case string: fmt.Printf("%s = %s\n", name, value) // dataStr = 666 } } } } 三、实现原理
就解释器的实现原理，各个语言都大差不差。Golang由于其强大的基础库，直接提供了构建抽象语法树（Abstract Syntax Tree）的能力。基于抽象语法树实现脚本解释器，就容易很多。
3.1 AST - 抽象语法树
在计算机科学中，抽象语法树（Abstract Syntax Tree，AST），或简称语法树（Syntax tree），是源代码语法结构的一种抽象表示。它以树状的形式表现编程语言的语法结构，树上的每个节点都表示源代码中的一种结构。
Golang 通过 go/ast 包（https://pkg.go.dev/go/ast），提供抽象语法树相关能力。
3.1.1 抽象语法树示例
我们取Golang语法的子集进行示例：一个简单的条件表达式
`A!=1 && (B>1 || (C<1 && A>2))`
抽象语法树长这样：
*ast.BinaryExpr { . X: *ast.BinaryExpr { . . X: *ast.Ident { . . . NamePos: - . . . Name: "A" . . } . . OpPos: - . . Op: != . . Y: *ast.BasicLit { . . . ValuePos: - . . . Kind: INT . . . Value: "1" . . } . } . OpPos: - . Op: && . Y: *ast.ParenExpr { . . Lparen: - . . X: *ast.BinaryExpr { . . . X: *ast.BinaryExpr { . . . . X: *ast.Ident { . . . . . NamePos: - . . . . . Name: "B" . . . . } . . . . OpPos: - . . . . Op: > . . . . Y: *ast.BasicLit { . . . . . ValuePos: - . . . . . Kind: INT . . . . . Value: "1" . . . . } . . . } . . . OpPos: - . . . Op: || . . . Y: *ast.ParenExpr { . . . . Lparen: - . . . . X: *ast.BinaryExpr { . . . . . X: *ast.BinaryExpr { . . . . . . X: *ast.Ident { . . . . . . . NamePos: - . . . . . . . Name: "C" . . . . . . } . . . . . . OpPos: - . . . . . . Op: < . . . . . . Y: *ast.BasicLit { . . . . . . . ValuePos: - . . . . . . . Kind: INT . . . . . . . Value: "1" . . . . . . } . . . . . } . . . . . OpPos: - . . . . . Op: && . . . . . Y: *ast.BinaryExpr { . . . . . . X: *ast.Ident { . . . . . . . NamePos: - . . . . . . . Name: "A" . . . . . . } . . . . . . OpPos: - . . . . . . Op: > . . . . . . Y: *ast.BasicLit { . . . . . . . ValuePos: - . . . . . . . Kind: INT . . . . . . . Value: "2" . . . . . . } . . . . . } . . . . } . . . . Rparen: - . . . } . . } . . Rparen: - . } } 图形表示：
3.1.2 执行抽象语法树
简要说明一下如果要执行抽象语法树，应该怎么做：
执行过程与程序执行过程相似。先遍历声明列表，将已声明的内容初始化到堆内存（可以使用字典代替）。深度优先遍历抽象语法树，处理遍历过程中遇到的抽象对象，比如（举例而已，实际可能有出入）：
- 初始化堆内存和执行栈。
- 遍历声明部分，写入堆，等待调用。
- 找到主函数声明，主函数入栈，遍历其函数体语句，逐语句进行深度优先遍历执行。
遇到变量定义，则写入栈顶缓存。
遇到函数调用，则函数入栈。从堆中寻找函数定
