用Go语言开发Web程序[翻译]

英文: http://golang.org/doc/articles/wiki/

简介

本教程将讨论：

创建一个支持加载和保存的数据结构
使用 net/http 包来构建web应用程序
使用 html/template 包来处理HTML模板
使用 regexp 包来验证用户输入
使用闭包

基本知识：

有一定的编程经验
了解基本的web技术(HTTP、HTML)
一些UNIX/DOS命令行知识

开始

目前、你需要一个运行FreeBSD、Linux、OS X 或 Windows的机器。我们将使用 $ 来代表命令提示符。

安装Go语言环境（参考安装说明）。

为本教程新建一个目录，将新建目录添加到GOPATH环境变量，然后命令行切换到新建目录:

$ mkdir gowiki
$ cd gowiki

创建一个名为wiki.go的源文件，使用你喜欢的编辑器打开，并添加以下代码：

package main

import (
    "fmt"
    "io/ioutil"
)

我们从标准库导入了fmt和ioutil包。后面我们将实现更多的功能，到时候我们会添加更多的包到import声明。

数据结构

我们现定义数据结构。一个wiki通常有一些列相互关联的页面组成，每个页面有一个标题和一个主体（页面的内容）。在这里，我们定的Page结构体包含标题和主体两个成员。

type Page struct {
    Title string
    Body  []byte
}

类型 []byte 表示“一个byte切片”。（参见 Go切片：用法和本质）我们将Body成员定义为 []byte 而不是 string 类型，因为我们希望类型和 io 库很好的配合，在后面会看到。

Page描述的页面内容只是保存在内存中。但是如何进行持久存储呢？我们可以为Page类型创建一个save方法：

func (p *Page) save() error {
    filename := p.Title + ".txt"
    return ioutil.WriteFile(filename, p.Body, 0600)
}

方法的签名这样读：“这是一个方法，名字叫save，方法的接收者p是一个指向Page类型结构体的指针。方法没有参数，但有一个error类型的返回值。”

该方法会将Page的Body成员的值保存到一个文本文件。为了简化，我们使用Title成员的值作为文件的名字。

save方法返回的error值和WriteFile函数的返回类型一致（将byte切片写入文件的标准库函数）。程序可以通过save方法返回的 error值判断写文件时是否遇到错误。如果写文件一切正常，Page.save() 将返回nil（对应指针、接口等类型的零值）。

传递给WriteFile函数的第三个参数0600是一个八进制整数面值，表示新创建的文件只对当前用户是读写权限。（更多信息请参考Unix手册 open(2)）

除了保存页面，我们还需要加载页面：

func loadPage(title string) *Page {
    filename := title + ".txt"
    body, _ := ioutil.ReadFile(filename)
    return &Page{Title: title, Body: body}
}

函数loadPage从title参数构造文件名，然后读取文件的内容到新的变量body，最后返回两个值：一个指向由title和body构造的 Page面值并且错误返回值为nil。

函数可以返回多个值。标准库函数io.ReadFile返回[]byte和error。在loadPage函数中，错误信息被丢失了；“空白标识符”所代表的下划线（_）符号用于扔掉错误返回值（本质上没哟分配任何值）。

但是如果ReadFile遇到错误怎么办？对于这个例子，文件可能还不存在。我们不能忽略类似的错误。我们修改函数返回*Page和error。

func loadPage(title string) (*Page, error) {
    filename := title + ".txt"
    body, err := ioutil.ReadFile(filename)
    if err != nil {
        return nil, err
    }
    return &Page{Title: title, Body: body}, nil
}

这个函数的调用者可以检测第二个返回参数；如果是nil表示成功加载页面。否则， error可以被调用者截获（更多信息请参考语言规范）。

现在我们有了一个简单的数据结构，并且可以保存到文件和从文件加载页面。让我们写一个main 来测试一下：

func main() {
    p1 := &Page{Title: "TestPage", Body: []byte("This is a sample Page.")}
    p1.save()
    p2, _ := loadPage("TestPage")
    fmt.Println(string(p2.Body))
}

在编译并运行程序后，会创建一个名为TestPage.txt的文件，内容是p1 包含的页面主体。然后文件的内容被读取到p2，并且打印其Body成员到屏幕。

可以这样编译和运行程序：

$ go build wiki.go
$ ./wiki
This is a sample page.

（如果是使用Windows系统则不需要“wiki”前面的“./”。）

点击这里浏览完整代码。

了解net/http包（插曲）

这里是一个简要Web服务器的完整代码：

package main

import (
    "fmt"
    "net/http"
)

func handler(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
    fmt.Fprintf(w, "Hi there, I love %s!", r.URL.Path[1:])
}

func main() {
    http.HandleFunc("/", handler)
    http.ListenAndServe(":8080", nil)
}

main函数开始调用http.HandleFunc，告诉http包用handler函数处理所以针对跟目录的访问请求（”/“）。

然后调用http.ListenAndServe，指定监听端口为8080（”:8080”）。（目前先忽略第二个参数nil。）这个函数会阻塞直到程序终止。

函数handler的类型是http.HandlerFunc。它的参数是一个http.ResponseWriter和一个http.Request。

参数http.ResponseWriter汇总HTTP服务器的响应；向它写入的数据会发送到HTTP客服端。

参数http.Request是客户端请求数据对应的数据结构。 r.URL.Path表示客户端请求的URL地址。后面的[1:]含义是 “从Path的第一个字符到末尾创建一个子切片。” 这样可以忽略URL路径中的开始的“/”字符。

如果你运行程序并访问一些URL地址：

http://localhost:8080/monkeys

程序会返回一个包含以下内容的页面：

Hi there, I love monkeys!

基于net/http包提供wiki页面

使用前需要导入net/http包：

import (
    "fmt"
    "net/http"
    "io/ioutil"
)

然后我们创建一个viewHandler函数，用于处理浏览wiki页面。它会处理所有以”/view/“为前缀的URL地址。

const lenPath = len("/view/")
func viewHandler(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
    title := r.URL.Path[lenPath:]
    p, _ := loadPage(title)
    fmt.Fprintf(w, "<h1>%s</h1><div>%s</div>", p.Title, p.Body)
}

首先，该函数从r.URL.Path中取出要浏览页面的标题。全局常量lenPath是URL前缀”/view/“的长度。 Path的切片[lenPath:]用于忽略前面的6个字符。这是因为URL地址是以”/view/“为前缀，它们不是页面标题的组成部分。

接着加载页面数据，然后格式化为一个简单的HTML页面，写入到http.ResponseWriter类型的w参数。

这里又一次使用了_来忽略loadPage返回的错误error。这里只是为了简化代码，它并不是好的编程实践。稍后我们会继续完善这个部分。

要使用这个函数，我们需要修改main函数中的http初始化代码，使用viewHandler函数处理对应/view/地址的请求。

func main() {
    http.HandleFunc("/view/", viewHandler)
    http.ListenAndServe(":8080", nil)
}

点击这里浏览完整代码。

我们创建一些测试页面（例如test.txt），然后尝试提供一个wiki页面：

使用编辑器打开test.txt文件，输入“Hello world”内容并保存（忽略双引号）。

$ go build wiki.go
$ ./wiki

如果是使用Windows系统则不需要“wiki”前面的“./”。

启动web服务器后，浏览http://localhost:8080/view/test 将显示一个标题为“test”内容为“Hello world”的页面。

编辑页面

没有编辑能力的wiki就不是真正的wiki了。我们继续创建了两个函数：一个editHandler用于显示编辑页面的界面，另一个saveHandler 用于保存编辑后的页面内容。

我们先将它们加入到main()函数：

func main() {
    http.HandleFunc("/view/", viewHandler)
    http.HandleFunc("/edit/", editHandler)
    http.HandleFunc("/save/", saveHandler)
    http.ListenAndServe(":8080", nil)
}

函数editHandler加载页面，然后显示一个HTML编辑页面。

func editHandler(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
    title := r.URL.Path[lenPath:]
    p, err := loadPage(title)
    if err != nil {
        p = &Page{Title: title}
    }
    fmt.Fprintf(w, "<h1>Editing %s</h1>"+
        "<form action=\"/save/%s\" method=\"POST\">"+
        "<textarea name=\"body\">%s</textarea><br>"+
        "<input type=\"submit\" value=\"Save\">"+
        "</form>",
        p.Title, p.Title, p.Body)
}

这个函数只是可工作，但是那些HTML相关的代码比较丑陋。当然，还有更好的实现方式。

使用html/template包

html/template是标准库中的包。我们使用html/template 包可以将HTML代码分离到一个文件，然后我们可以在不改变底层代码前提下调整和完善编辑页面。

首先，我们导入html/template包。现在我们已经不再使用fmt包了，因此需要删除它。

import (
    "html/template"
    "http"
    "io/ioutil"
    "os"
)

我们需要为编辑页面创建一个模板文件。新建edit.html文件，并输入以下内容：

<h1>Editing {{.Title}}</h1>

<form action="/save/{{.Title}}" method="POST">
<div><textarea name="body" rows="20" cols="80">{{printf "%s" .Body}}</textarea></div>
<div><input type="submit" value="Save"></div>
</form>

修改editHandler函数，使用模板代替硬编码HTML：

func editHandler(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
    title := r.URL.Path[lenPath:]
    p, err := loadPage(title)
    if err != nil {
        p = &Page{Title: title}
    }
    t, _ := template.ParseFiles("edit.html")
    t.Execute(w, p)
}

函数template.ParseFiles将读取edit.html目标文件，返回值为*template.Template。

函数t.Execute处理模板，将生成的HTML写入到http.ResponseWriter。其中以点开头的.Title和.Body标识符将被p.Title和p.Body替换。

模板的驱动语句是被双花括弧包括的部分. printf "%s" .Body表示将.Body输出位字符串而不是字节串, 类似fmt.Printf函数的效果. html/template可以保证输出有效的HTML字符串, 对于(>)之类的特殊符号会自动替换为>等对应编码, 保证不会破坏原先的HTML结构.

需要注意的是我们移除了fmt.Fprintf语句, 因此也移除了"fmt"包的导入语句.

现在我们已经是基于模板方式的, 可以针对viewHandler函数创建一个名为view.html的模板文件:

<h1>{{.Title}}</h1>

<p>[<a href="/edit/{{.Title}}">edit</a>]</p>

<div>{{printf "%s" .Body}}</div>

也要调整viewHandler函数:

func viewHandler(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
    title := r.URL.Path[lenPath:]
    p, _ := loadPage(title)
    t, _ := template.ParseFiles("view.html")
    t.Execute(w, p)
}

观察可以发现前面是否模板的方式非常相似. 因此我们将模板独立大一个函数:

func viewHandler(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
    title := r.URL.Path[lenPath:]
    p, _ := loadPage(title)
    renderTemplate(w, "view", p)
}

func editHandler(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
    title := r.URL.Path[lenPath:]
    p, err := loadPage(title)
    if err != nil {
        p = &Page{Title: title}
    }
    renderTemplate(w, "edit", p)
}

func renderTemplate(w http.ResponseWriter, tmpl string, p *Page) {
    t, _ := template.ParseFiles(tmpl + ".html")
    t.Execute(w, p)
}

现在的处理函数更加清晰简短.

处理不存在的页面

如果访问/view/APageThatDoesntExist会发生什么情况? 程序会崩溃掉. 这是因为程序忽略了loadPage返回的错误信息. 为了处理页面不存在的情况, 程序会重定向到一个新页面的编辑页面:

func viewHandler(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
    title, err := getTitle(w, r)
    if err != nil {
        return
    }
    p, err := loadPage(title)
    if err != nil {
        http.Redirect(w, r, "/edit/"+title, http.StatusFound)
        return
    }
    renderTemplate(w, "view", p)
}

http.Redirect函数会添加http.StatusFound (302)状态, 并且重新定位.

保存页面

函数saveHandler用于处理提交的表单.

func saveHandler(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
    title := r.URL.Path[lenPath:]
    body := r.FormValue("body")
    p := &Page{Title: title, Body: []byte(body)}
    p.save()
    http.Redirect(w, r, "/view/"+title, http.StatusFound)
}

页面的标题(URL提供)和表单的内容将作为一个新页面保存. 调用save()方法将页面写到文件, 然后重定向到/view/页面.

FormValue方法返回的返回值是字符串类型. 我们需要先转换为[]byte, 然后填充到Page 结构体. 我们通过[]byte(body)语句做强制转换.

错误处理

前面的代码基本都是忽略了错误处理. 这不是好的处理方式, 因为发生错误的话会导致程序崩溃. 好的处理方式是截获错误, 并给用户显示错误相关的信息. 这样即使发生错误, 服务器也可以正常运行, 用户也可以收到错误提示信息.

首先, 我先处理renderTemplate中的错误:

func renderTemplate(w http.ResponseWriter, tmpl string, p *Page) {
    t, err := template.ParseFiles(tmpl + ".html")
    if err != nil {
        http.Error(w, err.Error(), http.StatusInternalServerError)
        return
    }
    err = t.Execute(w, p)
    if err != nil {
        http.Error(w, err.Error(), http.StatusInternalServerError)
    }
}

http.Error函数返回一个具体的错误码(这里是属于”服务器错误”类型)和错误信息. 看来刚才决定将模板处理独立到一个函数是一个正确的决定.

下面是修复后的saveHandler:

func saveHandler(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
    title, err := getTitle(w, r)
    if err != nil {
        return
    }
    body := r.FormValue("body")
    p := &Page{Title: title, Body: []byte(body)}
    err = p.save()
    if err != nil {
        http.Error(w, err.Error(), http.StatusInternalServerError)
        return
    }
    http.Redirect(w, r, "/view/"+title, http.StatusFound)
}

p.save()时发生的错误信息也将报告给用户.

缓存模板

前面的实现有一个性能缺陷: renderTemplate每次都会调用ParseFiles函数. 更好的优化思路是只在初始化的使用调用一次ParseFiles, 将全部要处理的模板放到一个*Template中. 然后可以使用ExecuteTemplate渲染指定的模板.

首先创建一个名位templates全局变量, 然后用ParseFiles进行初始化.

var templates = template.Must(template.ParseFiles("edit.html", "view.html"))

template.Must只是一个简便的包装, 当传递非nil的错误是抛出panic异常. 在这里抛出异常是合适的: 如果模板不能正常加载, 简单的处理方式就是退出程序.

ParseFiles接收任意数量的字符串参数为名字的模板文件, 并将这些文件解析到以基本文件名的模板. 如果我们需要更多的模板, 可以直接将模板文件名添加到ParseFiles参数中.

然后是修改renderTemplate函数, 调用templates.ExecuteTemplate渲染指定的模板:

func renderTemplate(w http.ResponseWriter, tmpl string, p *Page) {
    err := templates.ExecuteTemplate(w, tmpl+".html", p)
    if err != nil {
        http.Error(w, err.Error(), http.StatusInternalServerError)
    }
}

需要注意的是模板名字对于模板文件的名字, 因此这里添加了”.html”后缀名.

验证

你可能以及发现, 这个程序有严重的安全缺陷: 用户可以在服务器上读写任意独立路径. 为了降低这种风险, 我们编写一个函数以正则表达式的方式在验证标题的合法性.

首先, 要导入"regexp"包. 然后创建一个全局变量保存用于验证的正则表达式:

var titleValidator = regexp.MustCompile("^[a-zA-Z0-9]+$")

函数regexp.MustCompile将分析和编译正则表达式, 返回regexp.Regexp. MustCompile和Compile有些不同, MustCompile遇到错误时会抛出panic异常, 而Compile在遇到错误时通过第二个返回值返回错误.

现在, 让我们写一个函数getTitle, 从请求的URL提取标题, 并且测试是否是有效的表达式:

func getTitle(w http.ResponseWriter, r *http.Request) (title string, err error) {
    title = r.URL.Path[lenPath:]
    if !titleValidator.MatchString(title) {
        http.NotFound(w, r)
        err = errors.New("Invalid Page Title")
    }
    return
}

如果标题是有效的, 将返回nil错误值. 如果标题无效, 函数会输出”404 Not Found”错误.

让我们将getTitle应用到每个处理程序：

func viewHandler(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
    title, err := getTitle(w, r)
    if err != nil {
        return
    }
    p, err := loadPage(title)
    if err != nil {
        http.Redirect(w, r, "/edit/"+title, http.StatusFound)
        return
    }
    renderTemplate(w, "view", p)
}

func editHandler(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
    title, err := getTitle(w, r)
    if err != nil {
        return
    }
    p, err := loadPage(title)
    if err != nil {
        p = &Page{Title: title}
    }
    renderTemplate(w, "edit", p)
}

func saveHandler(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
    title, err := getTitle(w, r)
    if err != nil {
        return
    }
    body := r.FormValue("body")
    p := &Page{Title: title, Body: []byte(body)}
    err = p.save()
    if err != nil {
        http.Error(w, err.Error(), http.StatusInternalServerError)
        return
    }
    http.Redirect(w, r, "/view/"+title, http.StatusFound)
}

函数字面值和闭包

每个处理函数为了增加错误错误引入了很多重复的代码. 如果是否可以将每个处理函数的错误处理包装到一个函数? Go语言的闭包函数提供的强有力的手段, 刚好可以用在这里.

第一步, 我们重写每个处理函数, 增加一个标题字符串参数:

func viewHandler(w http.ResponseWriter, r *http.Request, title string)
func editHandler(w http.ResponseWriter, r *http.Request, title string)
func saveHandler(w http.ResponseWriter, r *http.Request, title string)

然后, 我们顶一个包装函数, 参数类型和前面定义的处理函数类型一致, 最后返回 http.HandlerFunc(用于适配http.HandleFunc的参数类型):

func makeHandler(fn func (http.ResponseWriter, *http.Request, string)) http.HandlerFunc {
    return func(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
        // Here we will extract the page title from the Request,
        // and call the provided handler 'fn'
    }
}

这里返回的函数就是一个闭包, 因为它引用了在它外部定义的局部变量的值. 在这里情况下, 变量fn(makeHandler函数的唯一参数)被闭包函数持有. fn变量将对应我们的保存, 编辑和查看的处理函数.

现在我们可以将getTitle的代码移到这里(还有一些细节的改动):

func makeHandler(fn func(http.ResponseWriter, *http.Request, string)) http.HandlerFunc {
    return func(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
        title := r.URL.Path[lenPath:]
        if !titleValidator.MatchString(title) {
            http.NotFound(w, r)
            return
        }
        fn(w, r, title)
    }
}

makeHandler返回的是一个持有http.ResponseWriter和http.Request参数的闭包函数 (其实就是http.HandlerFunc类型). 闭包函数提取页面的标题, 并通过TitleValidator验证标题是否符合正则表达式. 如果是无效的标题, 那么将使用http.NotFound输出错误的响应. 如果是有效的标题, 那么fn处理函数将会被调用.

现在我们可以在main函数注册的时候使用makeHandler包装具体的处理函数:

func main() {
    http.HandleFunc("/view/", makeHandler(viewHandler))
    http.HandleFunc("/edit/", makeHandler(editHandler))
    http.HandleFunc("/save/", makeHandler(saveHandler))
    http.ListenAndServe(":8080", nil)
}

Finally we remove the calls to getTitle from the handler functions, making them much simpler:

最后我们删除处理函数对getTitle的调用, 处理代码变得更加简单:

func viewHandler(w http.ResponseWriter, r *http.Request, title string) {
    p, err := loadPage(title)
    if err != nil {
        http.Redirect(w, r, "/edit/"+title, http.StatusFound)
        return
    }
    renderTemplate(w, "view", p)
}

func editHandler(w http.ResponseWriter, r *http.Request, title string) {
    p, err := loadPage(title)
    if err != nil {
        p = &Page{Title: title}
    }
    renderTemplate(w, "edit", p)
}

func saveHandler(w http.ResponseWriter, r *http.Request, title string) {
    body := r.FormValue("body")
    p := &Page{Title: title, Body: []byte(body)}
    err := p.save()
    if err != nil {
        http.Error(w, err.Error(), http.StatusInternalServerError)
        return
    }
    http.Redirect(w, r, "/view/"+title, http.StatusFound)
}

看看页面效果!

点击这里查看最终版本的代码.

重新编译代码, 并且运行:

$ go build wiki.go
$ ./wiki

浏览 http://localhost:8080/view/ANewPage 将会看到编辑页面. 你可以输入一些文字, 点击 ‘save’ 保存, 然后重新定向到新创建的页面.

其他任务

还可以根据自己的兴趣选择一些简单的扩展任务:

保存模板到tmpl/目录, 保存数据到data/目录.
增加一个根目录的处理函数, 重定向到/view/FrontPage.
Spruce up the page templates by making them valid HTML and adding some CSS rules.
完善页面模板, 让它们输出有效的HTML, 并且添加一些CSS规则。
通过将[PageName]转换位<a href="/view/PageName">PageName</a>实现页面之间的链接. (提示: 可以使用regexp.ReplaceAllFunc实现该功能)

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