Golang 動(dòng)態(tài)腳本調(diào)研

一、技術(shù)背景

1.1 程序的動(dòng)態(tài)鏈接技術(shù)

在實(shí)際開(kāi)發(fā)過(guò)程中，我們經(jīng)常需要?jiǎng)討B(tài)地更新程序的功能，或者在不變更程序主體文件的情況下添加或者更新程序模塊。

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1.1.1 動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)

首先最常見(jiàn)的是windows平臺(tái)所支持的動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)（Dynamic Link Library），一般后綴名為.dll 。其優(yōu)勢(shì)非常明顯：

多個(gè)程序可以共享代碼和數(shù)據(jù)。即多個(gè)程序加載同一個(gè)DLL文件。
可以自然地將程序劃分為若干個(gè)模塊。每個(gè)模塊輸出為單獨(dú)的DLL文件，由主程序加載執(zhí)行。
跨語(yǔ)言調(diào)用。由于DLL文件是語(yǔ)言無(wú)關(guān)的，一個(gè)DLL文件可以被多種編程語(yǔ)言加載執(zhí)行。
便于更新。在程序更新過(guò)程中，僅更新對(duì)應(yīng)模塊的DLL文件即可，無(wú)需重新部署整個(gè)程序。
為熱更新提供技術(shù)可能性。動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)可以通過(guò)編程手段實(shí)現(xiàn)加載和卸載，以此可以支持不重啟程序的情況下更新模塊。
為程序提供編程接口?？梢詫⒆约撼绦虻恼{(diào)用接口封裝為DLL文件，供其他程序調(diào)用。

1.1.2 動(dòng)態(tài)共享對(duì)象

在Linux平臺(tái)，此項(xiàng)技術(shù)名為動(dòng)態(tài)共享對(duì)象（dynamic shared objects），常見(jiàn)后綴名為.so 。

動(dòng)態(tài)共享對(duì)象除了上述“動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)”的優(yōu)勢(shì)之外，也能解決由于Linux的開(kāi)放性帶來(lái)的底層接口兼容問(wèn)題。即通過(guò)動(dòng)態(tài)共享對(duì)象封裝操作系統(tǒng)底層接口，對(duì)外提供統(tǒng)一的調(diào)用接口，以供上層應(yīng)用程序調(diào)用。相當(dāng)于提供了一層兼容層。

1.1.3 非編譯語(yǔ)言的動(dòng)態(tài)技術(shù)

非編譯語(yǔ)言，由于本身是通過(guò)源代碼發(fā)布，所以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)加載程序模塊或者更新模塊，直接修改源代碼即可。思路簡(jiǎn)單且容易實(shí)現(xiàn)。

1.2 Golang 的動(dòng)態(tài)技術(shù)

Golang作為編譯型的開(kāi)發(fā)語(yǔ)言，本身并不支持通過(guò)源代碼實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)加載和更新。但Golang官方提供了Plugin技術(shù)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)加載。

通過(guò)在編譯時(shí)添加參數(shù)，將Go程序編譯為 Plugin：

go build -buildmode=plugin

但是此技術(shù)在當(dāng)前版本（1.19）局限性非常大。通過(guò)其文檔 https://pkg.go.dev/plugin 可知：

平臺(tái)限制，目前僅支持：Linux, FreeBSD 和 macOS
卸載限制，僅支持動(dòng)態(tài)加載，不支持動(dòng)態(tài)卸載。
不提供統(tǒng)一接口，只能通過(guò)反射處理Plugin內(nèi)部的屬性和函數(shù)。

并且上述問(wèn)題，Golang官方并不打算解決……

二、Golang 的第三方解釋器（Yaegi）

解釋器一般只存在于腳本語(yǔ)言中，但是Traefik為了實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)加載的插件功能，開(kāi)發(fā)了一個(gè)Golang的解釋器。提供了在運(yùn)行時(shí)直接執(zhí)行Golang源代碼的能力。

參考項(xiàng)目：https://github.com/traefik/yaegi

2.1 使用場(chǎng)景

yaegi 項(xiàng)目官方推薦三種場(chǎng)景：

內(nèi)嵌解釋器
動(dòng)態(tài)擴(kuò)展框架
命令行解釋器

并且官方針對(duì)上述三種場(chǎng)景，均給出了相應(yīng)的示例：

2.1.1 內(nèi)嵌解釋器

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 動(dòng)態(tài)擴(kuò)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 命令行解釋器

Yaegi提供了一個(gè)命令行工具，實(shí)現(xiàn)了讀取-執(zhí)行-顯示的循環(huán)。

$ yaegi
> 1 + 2
3
> import "fmt"
> fmt.Println("Hello World")
Hello World
>

2.2 數(shù)據(jù)交互

數(shù)據(jù)交互方式比較多，需要注意的是從解釋器內(nèi)部返回的數(shù)據(jù)都是 reflect.Value 類型，獲取其實(shí)際的值需要類型轉(zhuǎn)換。

2.2.1 數(shù)據(jù)輸入

可以有（但不限于）下述四種方法：

通過(guò) os.Args 傳入數(shù)據(jù)
通過(guò) 環(huán)境變量傳入數(shù)據(jù)
通過(guò) 賦值語(yǔ)句傳入數(shù)據(jù)
通過(guò) 函數(shù)調(diào)用傳入數(shù)據(jù)

下面是我自己寫的代碼示例：

package main

import (
	"fmt"

	"github.com/traefik/yaegi/interp"
	"github.com/traefik/yaegi/stdlib"
)
func main() {
	{ // 通過(guò) os.Args 傳入數(shù)據(jù)
		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
	}
	{ // 通過(guò) 環(huán)境變量 傳入數(shù)據(jù)
		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
	}
	{ // 執(zhí)行賦值語(yǔ)句傳入數(shù)據(jù)
		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
	}
        { // 通過(guò)函數(shù)調(diào)用傳遞
		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 數(shù)據(jù)輸出

從解釋器獲取數(shù)據(jù)，實(shí)際上是獲取全局變量的值，可以通過(guò)下述方法：

Eval 方法直接獲取
通過(guò)函數(shù)調(diào)用獲取
Global 方法獲取所有全局變量

package main

import (
	"fmt"

	"github.com/traefik/yaegi/interp"
	"github.com/traefik/yaegi/stdlib"
)

func main() {
	{ // 通過(guò) Eval 直接獲取
		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
	}
        { // 通過(guò)函數(shù)返回值獲取
		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
	}
	{ // 通過(guò) Eval 直接獲取
		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、實(shí)現(xiàn)原理

就解釋器的實(shí)現(xiàn)原理，各個(gè)語(yǔ)言都大差不差。Golang由于其強(qiáng)大的基礎(chǔ)庫(kù)，直接提供了構(gòu)建抽象語(yǔ)法樹(shù)（Abstract Syntax Tree）的能力?；诔橄笳Z(yǔ)法樹(shù)實(shí)現(xiàn)腳本解釋器，就容易很多。

3.1 AST - 抽象語(yǔ)法樹(shù)

https://zh.m.wikipedia.org/zh-hans/%E6%8A%BD%E8%B1%A1%E8%AA%9E%E6%B3%95%E6%A8%B9

在計(jì)算機(jī)科學(xué)中，抽象語(yǔ)法樹(shù)（Abstract Syntax Tree，AST），或簡(jiǎn)稱語(yǔ)法樹(shù)（Syntax tree），是源代碼語(yǔ)法結(jié)構(gòu)的一種抽象表示。它以樹(shù)狀的形式表現(xiàn)編程語(yǔ)言的語(yǔ)法結(jié)構(gòu)，樹(shù)上的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都表示源代碼中的一種結(jié)構(gòu)。

Golang 通過(guò) go/ast 包（https://pkg.go.dev/go/ast），提供抽象語(yǔ)法樹(shù)相關(guān)能力。

3.1.1 抽象語(yǔ)法樹(shù)示例

我們?nèi)olang語(yǔ)法的子集進(jìn)行示例：一個(gè)簡(jiǎn)單的條件表達(dá)式

`A!=1 && (B>1 || (C<1 && A>2))`

抽象語(yǔ)法樹(shù)長(zhǎng)這樣：

     0  *ast.BinaryExpr {
     1  .  X: *ast.BinaryExpr {
     2  .  .  X: *ast.Ident {
     3  .  .  .  NamePos: -
     4  .  .  .  Name: "A"
     5  .  .  }
     6  .  .  OpPos: -
     7  .  .  Op: !=
     8  .  .  Y: *ast.BasicLit {
     9  .  .  .  ValuePos: -
    10  .  .  .  Kind: INT
    11  .  .  .  Value: "1"
    12  .  .  }
    13  .  }
    14  .  OpPos: -
    15  .  Op: &&
    16  .  Y: *ast.ParenExpr {
    17  .  .  Lparen: -
    18  .  .  X: *ast.BinaryExpr {
    19  .  .  .  X: *ast.BinaryExpr {
    20  .  .  .  .  X: *ast.Ident {
    21  .  .  .  .  .  NamePos: -
    22  .  .  .  .  .  Name: "B"
    23  .  .  .  .  }
    24  .  .  .  .  OpPos: -
    25  .  .  .  .  Op: >
    26  .  .  .  .  Y: *ast.BasicLit {
    27  .  .  .  .  .  ValuePos: -
    28  .  .  .  .  .  Kind: INT
    29  .  .  .  .  .  Value: "1"
    30  .  .  .  .  }
    31  .  .  .  }
    32  .  .  .  OpPos: -
    33  .  .  .  Op: ||
    34  .  .  .  Y: *ast.ParenExpr {
    35  .  .  .  .  Lparen: -
    36  .  .  .  .  X: *ast.BinaryExpr {
    37  .  .  .  .  .  X: *ast.BinaryExpr {
    38  .  .  .  .  .  .  X: *ast.Ident {
    39  .  .  .  .  .  .  .  NamePos: -
    40  .  .  .  .  .  .  .  Name: "C"
    41  .  .  .  .  .  .  }
    42  .  .  .  .  .  .  OpPos: -
    43  .  .  .  .  .  .  Op: <
    44  .  .  .  .  .  .  Y: *ast.BasicLit {
    45  .  .  .  .  .  .  .  ValuePos: -
    46  .  .  .  .  .  .  .  Kind: INT
    47  .  .  .  .  .  .  .  Value: "1"
    48  .  .  .  .  .  .  }
    49  .  .  .  .  .  }
    50  .  .  .  .  .  OpPos: -
    51  .  .  .  .  .  Op: &&
    52  .  .  .  .  .  Y: *ast.BinaryExpr {
    53  .  .  .  .  .  .  X: *ast.Ident {
    54  .  .  .  .  .  .  .  NamePos: -
    55  .  .  .  .  .  .  .  Name: "A"
    56  .  .  .  .  .  .  }
    57  .  .  .  .  .  .  OpPos: -
    58  .  .  .  .  .  .  Op: >
    59  .  .  .  .  .  .  Y: *ast.BasicLit {
    60  .  .  .  .  .  .  .  ValuePos: -
    61  .  .  .  .  .  .  .  Kind: INT
    62  .  .  .  .  .  .  .  Value: "2"
    63  .  .  .  .  .  .  }
    64  .  .  .  .  .  }
    65  .  .  .  .  }
    66  .  .  .  .  Rparen: -
    67  .  .  .  }
    68  .  .  }
    69  .  .  Rparen: -
    70  .  }
    71  }

圖形表示：

3.1.2 執(zhí)行抽象語(yǔ)法樹(shù)

簡(jiǎn)要說(shuō)明一下如果要執(zhí)行抽象語(yǔ)法樹(shù)，應(yīng)該怎么做：

執(zhí)行過(guò)程與程序執(zhí)行過(guò)程相似。先遍歷聲明列表，將已聲明的內(nèi)容初始化到堆內(nèi)存（可以使用字典代替）。深度優(yōu)先遍歷抽象語(yǔ)法樹(shù)，處理遍歷過(guò)程中遇到的抽象對(duì)象，比如（舉例而已，實(shí)際可能有出入）：

初始化堆內(nèi)存和執(zhí)行棧。
遍歷聲明部分，寫入堆，等待調(diào)用。
找到主函數(shù)聲明，主函數(shù)入棧，遍歷其函數(shù)體語(yǔ)句，逐語(yǔ)句進(jìn)行深度優(yōu)先遍歷執(zhí)行。
1. 遇到變量定義，則寫入棧頂緩存。
2. 遇到函數(shù)調(diào)用，則函數(shù)入棧。從堆中尋找函數(shù)定義，遍歷其函數(shù)體語(yǔ)句，遞歸執(zhí)行語(yǔ)句。
3. 遇到變量使用，依次從下述位置獲取值：棧頂緩存 -> 堆內(nèi)存
4. 遇到表達(dá)式，遞歸執(zhí)行表達(dá)式。
5. 函數(shù)體執(zhí)行結(jié)束后出棧，出棧后將返回值寫入棧頂緩存。
上述遞歸過(guò)程完成，程序結(jié)束。

上述是簡(jiǎn)單的執(zhí)行過(guò)程，并未處理特殊語(yǔ)法和語(yǔ)法糖，各個(gè)語(yǔ)言的語(yǔ)法定義均有不同，需要單獨(dú)處理。比如，Golang支持的語(yǔ)法可以參考：https://pkg.go.dev/go/ast

若能對(duì)其中定義的所有語(yǔ)法進(jìn)行處理，就可以實(shí)現(xiàn)golang的腳本解釋器。

對(duì)于上面（3.1.1）的那個(gè)簡(jiǎn)單示例，可以通過(guò)下述代碼直接執(zhí)行：

（不處理函數(shù)，只處理括號(hào)和有限的操作符。也未定義執(zhí)行棧，堆內(nèi)存使用全局變量Args代替）

package main

import (
	"fmt"
	"go/ast"
	"go/parser"
	"go/token"
	"strconv"
)

var Args map[string]int

func main() {
	{
		Args = map[string]int{"A": 1, "B": 2, "C": 3}
		code := `A==1 && (B>1 || C<1)`
		expr, _ := parser.ParseExpr(code)
		result := runExpr(expr)
		fmt.Println(result)
	}
	{
		Args["A"] = 3
		Args = map[string]int{"A": 1, "B": 2, "C": 3}
		code := `A!=1 && (B>1 || (C<1 && A>2))`
		expr, _ := parser.ParseExpr(code)
		result := runExpr(expr)
		fmt.Println(result)
	}
}

// 執(zhí)行表達(dá)式
// 支持操作：>, <, ==, !=, &&, ||
// 支持括號(hào)嵌套
func runExpr(expr ast.Expr) interface{} {
	var result interface{}
	// 二元表達(dá)式
	if binaryExpr, ok := expr.(*ast.BinaryExpr); ok {
		switch binaryExpr.Op.String() {
		case "&&":
			x := runExpr(binaryExpr.X)
			y := runExpr(binaryExpr.Y)
			return x.(bool) && y.(bool)
		case "||":
			x := runExpr(binaryExpr.X)
			y := runExpr(binaryExpr.Y)
			return x.(bool) || y.(bool)
		case ">":
			x := runExpr(binaryExpr.X)
			y := runExpr(binaryExpr.Y)
			return x.(int) > y.(int)
		case "<":
			x := runExpr(binaryExpr.X)
			y := runExpr(binaryExpr.Y)
			return x.(int) < y.(int)
		case "==":
			x := runExpr(binaryExpr.X)
			y := runExpr(binaryExpr.Y)
			return x.(int) == y.(int)
		case "!=":
			x := runExpr(binaryExpr.X)
			y := runExpr(binaryExpr.Y)
			return x.(int) != y.(int)
		}
	}
	// 基本類型值
	if basicLit, ok := expr.(*ast.BasicLit); ok {
		switch basicLit.Kind {
		case token.INT:
			v, _ := strconv.Atoi(basicLit.Value)
			return v
		}
	}
	// 標(biāo)識(shí)符
	if ident, ok := expr.(*ast.Ident); ok {
		return Args[ident.Name]
	}
	// 括號(hào)表達(dá)式
	if parenExpr, ok := expr.(*ast.ParenExpr); ok {
		return runExpr(parenExpr.X)
	}

	return result
}

執(zhí)行結(jié)果：

A==1 && (B>1 || C<1) => true
A!=1 && (B>1 || (C<1 && A>2)) => false

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Golang 動(dòng)態(tài)腳本調(diào)研

一、技術(shù)背景

1.1 程序的動(dòng)態(tài)鏈接技術(shù)

1.1.1 動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)

1.1.2 動(dòng)態(tài)共享對(duì)象

1.1.3 非編譯語(yǔ)言的動(dòng)態(tài)技術(shù)

1.2 Golang 的動(dòng)態(tài)技術(shù)

二、Golang 的第三方解釋器（Yaegi）

2.1 使用場(chǎng)景

2.1.1 內(nèi)嵌解釋器

2.1.2 動(dòng)態(tài)擴(kuò)展框架

2.1.3 命令行解釋器

2.2 數(shù)據(jù)交互

2.2.1 數(shù)據(jù)輸入

2.1.2 數(shù)據(jù)輸出

三、實(shí)現(xiàn)原理

3.1 AST - 抽象語(yǔ)法樹(shù)

3.1.1 抽象語(yǔ)法樹(shù)示例

3.1.2 執(zhí)行抽象語(yǔ)法樹(shù)

其他資訊

網(wǎng)站制作

企業(yè)服務(wù)

網(wǎng)站建設(shè)

服務(wù)器托管

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Golang 動(dòng)態(tài)腳本調(diào)研

一、技術(shù)背景

1.1 程序的動(dòng)態(tài)鏈接技術(shù)

1.1.1 動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)

1.1.2 動(dòng)態(tài)共享對(duì)象

1.1.3 非編譯語(yǔ)言的動(dòng)態(tài)技術(shù)

1.2 Golang 的動(dòng)態(tài)技術(shù)

二、Golang 的第三方解釋器（Yaegi）

2.1 使用場(chǎng)景

2.1.1 內(nèi)嵌解釋器

2.1.2 動(dòng)態(tài)擴(kuò)展框架

2.1.3 命令行解釋器

2.2 數(shù)據(jù)交互

2.2.1 數(shù)據(jù)輸入

2.1.2 數(shù)據(jù)輸出

三、實(shí)現(xiàn)原理

3.1 AST - 抽象語(yǔ)法樹(shù)

3.1.1 抽象語(yǔ)法樹(shù)示例

3.1.2 執(zhí)行抽象語(yǔ)法樹(shù)

其他資訊

網(wǎng)站制作

企業(yè)服務(wù)

網(wǎng)站建設(shè)

服務(wù)器托管

一、技術(shù)背景

二、Golang 的第三方解釋器（Yaegi）

三、實(shí)現(xiàn)原理