go语言编写Web程序

 

go语言编写Web程序

1. 简介

这个例子涉及到的技术：

• 创建一个数据类型，含有load和save函数
• 基于http包创建web程序
• 基于template包的html模板技术
• 使用regexp包验证用户输入
• 使用闭包

假设读者有以下知识：

• 基本的编程经验
• web程序的基础技术（HTTP, HTML）
• UNIX 命令行

2. 开始

首先，要有一个Linux, OS X, or FreeBSD系统，可以运行go程序。如果没有的话，可以安装一个虚拟机(如VirtualBox)或者 Virtual Private Server。

安装Go环境： (请参考 Installation Instructions).

创建一个新的目录，并且进入该目录：

  $ mkdir ~/gowiki
  $ cd ~/gowiki

创建一个wiki.go文件，用你喜欢的编辑器打开，然后添加以下代码：

  package main
  
  import (
  	"fmt"
  	"io/ioutil"
  	"os"
  )

我们从go的标准库导入fmt, ioutil 和 os包。 以后，当实现其他功能时，我们会根据需要导入更多包。

3. 数据结构

我们先定义一个结构类型，用于保存数据。wiki系统由一组互联的wiki页面组成，每个wiki页面包含内容和标题。我们定义wiki页面为结构page， 如下：

  type page struct {
  	title	string
  	body	[]byte
  }

类型[]byte表示一个byte slice。(参考Effective Go了解slices的更多信息) 成员body之所以定义为[]byte而不是string类型，是因为[]byte可以直接使用io包的功能。

结构体page描述了一个页面在内存中的存储方式。但是，如果要将数据保存到磁盘的话，还需要给page类型增加save方法：

  func (p *page) save() os.Error {
  	filename := p.title + ".txt"
  	return ioutil.WriteFile(filename, p.body, 0600)
  }

类型方法的签名可以这样解读：“save为page类型的方法，方法的调用者为page类型的指针变量p。该成员函数没有参数，返回值为os.Error，表示错误信息。”

该方法会将page结构的body部分保存到文本文件中。为了简单，我们用title作为文本文件的名字。

方法save的返回值类型为os.Error，对应WriteFile（标准库函数，将byte slice写到文件中）的返回值。通过返回os.Error值，可以判断发生错误的类型。如果没有错误，那么返回nil(指针、接口和其他一些类型的零值)。

WriteFile的第三个参数为八进制的0600，表示仅当前用户拥有新创建文件的读写权限。(参考Unix手册 open(2) )

下面的函数加载一个页面：

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

函数loadPage根据页面标题从对应文件读取页面的内容，并且构造一个新的 page变量——对应一个页面。

go中函数（以及成员方法）可以返回多个值。标准库中的io.ReadFile在返回[]byte的同时还返回os.Error类型的错误信息。前面的代码中我们用下划线“_”丢弃了错误信息。

但是ReadFile可能会发生错误，例如请求的文件不存在。因此，我们给函数的返回值增加一个错误信息。

  func loadPage(title string) (*page, os.Error) {
  	filename := title + ".txt"
  	body, err := ioutil.ReadFile(filename)
  	if err != nil {
  		return nil, err
  	}
  	return &page{title: title, body: body}, nil
  }

现在调用者可以检测第二个返回值，如果为nil就表示成功装载页面。否则，调用者可以得到一个os.Error对象。（关于错误的更多信息可以参考os package documentation）

现在，我们有了一个简单的数据结构，可以保存到文件中，或者从文件加载。我们创建一个main函数，测试相关功能。

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

编译后运行以上程序的话，会创建一个TestPage.txt文件，用于保存p1对应的页面内容。然后，从文件读取页面内容到p2，并且将p2的值打印到 屏幕。

可以用类似以下命令编译运行程序：

  $ 8g wiki.go
  $ 8l wiki.8
  $ ./8.out
  This is a sample page.

(命令8g和8l对应GOARCH=386。如果是amd64系统，可以用6g和6l)

点击这里查看我们当前的代码。

4. 使用http包

下面是一个完整的web server例子：

  package main
  
  import (
  	"fmt"
  	"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)
  }

在main函数中，http.HandleFunc设置所有对根目录请求的处理函数为handler。

然后调用http.ListenAndServe，在8080端口开始监听（第二个参数暂时可以忽略）。然后程序将阻塞，直到退出。

函数handler为http.HandlerFunc类型，它包含http.Conn和http.Request两个类型的参数。

其中http.Conn对应服务器的http连接，我们可以通过它向客户端发送数据。

类型为http.Request的参数对应一个客户端请求。其中r.URL.Path 为请求的地址，它是一个string类型变量。我们用[1:]在Path上创建 一个slice，对应"/"之后的路径名。

启动该程序后，通过浏览器访问以下地址：

  http://localhost:8080/monkeys

会看到以下输出内容：

  Hi there, I love monkeys!

5. 基于http提供wiki页面

要使用http包，先将其导入：

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

然后创建一个用于浏览wiki的函数：

  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，这个函数从r.URL.Path(请求URL的path部分)中解析页面标题。全局常量lenPath保存"/view/"的长度，它是请求路径的前缀部分。Path总是以"/view/"开头，去掉前面的6个字符就可以得到页面标题。

然后加载页面数据，格式化为简单的HTML字符串，写到c中，c是一个http.Conn类型的参数。

注意这里使用下划线“_”忽略loadPage的os.Error返回值。 这不是一种好的做法，此处是为了保持简单。我们将在后面考虑这个问题。

为了使用这个处理函数(handler)，我们创建一个main函数。它使用viewHandler初始化http，把所有以/view/开头的请求转发给viewHandler处理。

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

点击这里查看我们当前的代码。

让我们创建一些页面数据（例如as test.txt），编译，运行。

  $ echo "Hello world" > test.txt
  $ 8g wiki.go
  $ 8l wiki.8
  $ ./8.out

当服务器运行的时候，访问http://localhost:8080/view/test将显示一个页面，标题为“test”，内容为“Hello world”。

6. 编辑页面

编辑功能是wiki不可缺少的。现在，我们创建两个新的处理函数(handler)：editHandler显示"edit page"表单(form)，saveHandler保存表单(form)中的数据。

首先，将他们添加到main()函数中：

  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(或者，如果页面不存在，创建一个空page 结构)并且显示为一个HTML表单(form)。

  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)
  }

这个函数能够工作，但是硬编码的HTML非常丑陋。当然，我们有更好的办法。

7. template包

template包是GO语言标准库的一个部分。我们使用template将HTML存放在一个单独的文件中，可以更改编辑页面的布局而不用修改相关的GO代码。

首先，我们必须将template添加到导入列表：

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

创建一个包含HTML表单的模板文件。打开一个名为edit.html的新文件，添加下面的行：

  <h1>Editing {title}</h1>
  
  <form action="/save/{title}" method="POST">
  <div><textarea name="body" rows="20" cols="80">{body|html}</textarea></div>
  <div><input type="submit" value="Save"></div>
  </form>

修改editHandler，用模板替代硬编码的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.ParseFile("edit.html", nil)
  	t.Execute(p, w)
  }

函数template.ParseFile读取edit.html的内容，返回*template.Template类型的数据。

方法t.Execute用p.title和p.body的值替换模板中所有的{title}和{body}，并且把结果写到http.Conn。

注意，在上面的模板中我们使用{body|html}。|html部分请求模板引擎在输出body的值之前，先将它传到html格式化器(formatter)，转义HTML字符（比如用>替换>）。 这样做，可以阻止用户数据破坏表单HTML。

既然我们删除了fmt.Sprintf语句，我们可以删除导入列表中的"fmt"。

使用模板技术，我们可以为viewHandler创建一个模板，命名为view.html。

  <h1>{title}</h1>
  
  <p>[<a href="/edit/{title}">edit</a>]</p>
  
  <div>{body}</div>

修改viewHandler：

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

注意，在两个处理函数(handler)中使用了几乎完全相同的模板处理代码，我们可以把模板处理代码写成一个单独的函数，以消除重复。

  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.ParseFile(tmpl+".html", nil)
  	t.Execute(p, w)
  }

现在，处理函数(handler)代码更短、更加简单。

8. 处理不存在的页面

当你访问/view/APageThatDoesntExist的时候会发生什么？程序将会崩溃。因为我们忽略了loadPage返回的错误。请求页不存在的时候，应该重定向客户端到编辑页，这样新的页面将会创建。

  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)
  }

函数http.Redirect添加HTTP状态码http.StatusFound (302)和报头Location到HTTP响应。

9. 储存页面

函数saveHandler处理表单提交。

  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)
  }

页面标题（在URL中）和表单中唯一的字段，body，储存在一个新的page中。然后调用save()方法将数据写到文件中，并且将客户重定向到/view/页面。

FormValue返回值的类型是string，在将它添加到page结构前，我们必须将其转换为[]byte类型。我们使用[]byte(body)执行转换。

10. 错误处理

在我们的程序中，有几个地方的错误被忽略了。这是一种很糟糕的方式，特别是在错误发生后，程序会崩溃。更好的方案是处理错误并返回错误消息给用户。这样做，当错误发生后，服务器可以继续运行，用户也会得到通知。

首先，我们处理renderTemplate中的错误：

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

函数http.Error发送一个特定的HTTP响应码（在这里表示“Internal Server Error”）和错误消息。

现在，让我们修复saveHandler：

  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.String(), http.StatusInternalServerError)
  		return
  	}
  	http.Redirect(w, r, "/view/"+title, http.StatusFound)
  }

p.save()中发生的任何错误都将报告给用户。

11. 模板缓存

代码中有一个低效率的地方：每次显示一个页面，renderTemplate都要调用ParseFile。更好的做法是在程序初始化的时候对每个模板调用ParseFile一次，将结果保存为*Template类型的值，在以后使用。

首先，我们创建一个全局map，命名为templates。templates用于储存*Template类型的值，使用string索引。

然后，我们创建一个init函数，init函数会在程序初始化的时候调用，在main函数之前。函数template.MustParseFile是ParseFile的一个封装，它不返回错误码，而是在错误发生的时候抛出(panic)一个错误。抛出错误(panic)在这里是合适的，如果模板不能加载，程序唯一能做的有意义的事就是退出。

  func init() { for _, tmpl := range []string{"edit", "view"} { templates[tmpl] = template.MustParseFile(tmpl+".html", nil) } }

使用带range语句的for循环访问一个常量数组中的每一个元素，这个常量数组中包含了我们想要加载的所有模板的名称。如果我们想要添加更多的模板，只要把模板名称添加的数组中就可以了。

修改renderTemplate函数，在templates中相应的Template上调用Execute方法：

  func renderTemplate(w http.ResponseWriter, tmpl string, p *page) {
  	err := templates[tmpl].Execute(p, w)
  	if err != nil {
  		http.Error(w, err.String(), http.StatusInternalServerError)
  	}
  }

12. 验证

你可能已经发现，程序中有一个严重的安全漏洞：用户可以提供任意的路径在服务器上执行读写操作。为了消除这个问题，我们使用正则表达式验证页面的标题。

首先，添加"regexp"到导入列表。然后创建一个全局变量存储我们的验证正则表达式：

函数regexp.MustCompile解析并且编译正则表达式，返回一个regexp.Regexp对象。和template.MustParseFile类似，当表达式编译错误时，MustCompile抛出一个错误，而Compile在它的第二个返回参数中返回一个os.Error。

现在，我们编写一个函数，它从请求URL解析中解析页面标题，并且使用titleValidator进行验证：

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

如果标题有效，它返回一个nil错误值。如果无效，它写"404 Not Found"错误到HTTP连接中，并且返回一个错误对象。

修改所有的处理函数，使用getTitle获取页面标题：

  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.String(), http.StatusInternalServerError)
  		return
  	}
  	http.Redirect(w, r, "/view/"+title, http.StatusFound)
  }

13. 函数文本和闭包

处理函数(handler)中捕捉错误是一些类似的重复代码。如果我们想将捕捉错误的代码封装成一个函数，应该怎么做？GO的函数文本提供了强大的抽象能力，可以帮我们做到这点。

首先，我们重写每个处理函数的定义，让它们接受标题字符串:

定义一个封装函数，接受上面定义的函数类型，返回http.HandlerFunc（可以传送给函数http.HandleFunc）。

  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'
  	}
  }

返回的函数称为闭包，因为它包含了定义在它外面的值。在这里，变量fn（makeHandler的唯一参数）被闭包包含。fn是我们的处理函数，save、edit、或view。

我们可以把getTitle的代码复制到这里（有一些小的变动）：

  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返回的闭包是一个函数，它有两个参数，http.Conn和http.Request（因此，它是http.HandlerFunc）。闭包从请求路径解析title，使用titleValidator验证标题。如果title无效，使用函数http.NotFound将错误写到Conn。如果title有效，封装的处理函数fn将被调用，参数为Conn, Request, 和title。

在main函数中，我们用makeHandler封装所有处理函数：

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

最后，我们可以删除处理函数中的getTitle，让处理函数更简单。

  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.String(), http.StatusInternalServerError)
  		return
  	}
  	http.Redirect(w, r, "/view/"+title, http.StatusFound)
  }

14. 试试！

点击这里查看最终的代码

重新编译代码，运行程序：

  $ 8g wiki.go
  $ 8l wiki.8
  $ ./8.out

访问http://localhost:8080/view/ANewPage将会出现一个编辑表单。你可以输入一些文版，点击“Save”，重定向到新的页面。

15. 其他任务

这里有一些简单的任务，你可以自己解决：

• 把模板文件存放在tmpl/目录，页面数据存放在data/目录。
• 增加一个处理函数(handler)，将对根目录的请求重定向到/view/FrontPage。
• 修饰页面模板，使其成为有效的HTML文件。添加CSS规则。
• 实现页内链接。将[PageName]修改为<a href="/view/PageName">PageName</a>。(提示：可以使用regexp.ReplaceAllFunc达到这个效果)