Go Modules 详解

Go 1.11 和 Go 1.12 包含了初步的 Go Modules 支持，且计划在 2019 年 8 月发布的 Go 1.13 会在所有开发过程中默认使用 Go Modules。

Go Modules 是为了提升使用其他开发者代码，即添加依赖项（模块、包）时的体验，也是为了让代码的正确性、安全性得到保障。并且 Go Modules 可以使用 GOPROXY 环境变量来解决中国大陆无法使用 go get 的问题。

所以学习跟 Go Modules 有关的知识是很有必要的。

模式

Go Modules 在 Go 1.11 及 Go 1.12 中有三个模式，根据环境变量 GO111MODULE 定义：

默认模式（未设置该环境变量或 GO111MODULE=auto）：Go 命令行工具在同时满足以下两个条件时使用 Go Modules：
- 当前目录不在 GOPATH/src/ 下；
- 在当前目录或上层目录中存在 go.mod 文件。
GOPATH 模式（GO111MODULE=off）：Go 命令行工具从不使用 Go Modules。相反，它查找 vendor 目录和 GOPATH 以查找依赖项。
Go Modules 模式（GO111MODULE=on）：Go 命令行工具只使用 Go Modules，从不咨询 GOPATH。GOPATH 不再作为导入目录，但它仍然存储下载的依赖项（GOPATH/pkg/mod/）和已安装的命令（GOPATH/bin/），只移除了 GOPATH/src/。

Go 1.13 默认使用 Go Modules 模式，所以以上内容在 Go 1.13 发布并在生产环境中使用后都可以忽略。

核心文件：go.mod

以下就是 go.mod 文件的一个最全面的示例：

module my/thing
go 1.12
require other/thing v1.0.2 // 这是注释
require new/thing/v2 v2.3.4 // indirect
require（
	new/thing v2.3.4
	old/thing v0.0.0-20190603091049-60506f45cf65
）
exclude old/thing v1.2.3
replace bad/thing v1.4.5 => good/thing v1.4.5

很全面，也很复杂。但其实 go.mod 文件在实际项目没有这么复杂，而且一旦该文件存在，就不需要额外的步骤：像 go build、go test，甚至 go list 这样的命令都会根据需要自动添加新的依赖项以满足导入。

但现在我们还是来详细了解 go.mod 文件的组成：

go.mod 文件是面向行的, 当前模块（主模块）通常位于第一行，接下来是根据路径排序的依赖项。

每行包含一个指令，由一个前导动词后跟参数组成。

所有前导动词的作用如下：

module：定义模块路径。
go：设置预期的语言版本。
require：要求给定版本或更高版本的特定模块。
exclude：排除特定版本模块的使用，不允许的模块版本被视为不可用，并且查询无法返回。
replace：使用不同的模块版本替换原有模块版本。

前导动词还可以按块的方式使用，用括号创建一个块（第 5-8 行），就像在 Go 语言中的导入一样：

import (
	"errors"
	"fmt"
	"log"
)

注释（第 3-4 行）可以使用单行 // 这是注释 注释，但不能使用多行 /* 这是注释 */ 注释。而 indirect 注释（第 4 行）标记了该模块不是被当前模块直接导入的，只是被间接导入。

go.mod 文件只存在于在模块的根目录下，子目录中的导入路径会使用模块的导入路径 + 子目录路径的形式。例如：如果创建了一个名叫 world 的子目录，并不需要在子目录中使用 go mod init 命令，Go 命令行工具会自动识别它作为 hello 模块的一部分，所以它的导入路径为 hello/world。

Go 命令行工具会自动处理 go.mod 中指定的模块版本。当源代码中 import 指向的模块不存在于 go.mod 文件中时，Go 命令行工具会自动搜索这个模块，并将最新版本（最后一个 tag 且非预发布的稳定版本）添加到 go.mod 文件中。

如果没有 tag，则使用伪版本（第 7 行），这是一种版本语法，专门用于标记没有 tag 的提交（一些 golang.org/x/ 下的包就是没有 tag 的）。如：v0.0.0-20190603091049-60506f45cf65。

前面部分为语义化版本号，用于标记版本；中间部分为 UTC 的提交时间，用于比较两个伪版本以其确定先后顺序；后面部分是 commit 哈希的前缀，用于标记该版本位于哪个 commit。

版本管理文件：go.sum

示例如下：

github.com/davecgh/go-spew v1.1.0 h1:ZDRjVQ15GmhC3fiQ8ni8+OwkZQO4DARzQgrnXU1Liz8=
github.com/davecgh/go-spew v1.1.0/go.mod h1:J7Y8YcW2NihsgmVo/mv3lAwl/skON4iLHjSsI+c5H38=
github.com/gin-gonic/gin v1.4.0 h1:3tMoCCfM7ppqsR0ptz/wi1impNpT7/9wQtMZ8lr1mCQ=
github.com/gin-gonic/gin v1.4.0/go.mod h1:OW2EZn3DO8Ln9oIKOvM++LBO+5UPHJJDH72/q/3rZdM=
github.com/golang/protobuf v1.3.1 h1:YF8+flBXS5eO826T4nzqPrxfhQThhXl0YzfuUPu4SBg=
github.com/golang/protobuf v1.3.1/go.mod h1:6lQm79b+lXiMfvg/cZm0SGofjICqVBUtrP5yJMmIC1U=

每行由模块导入路径、模块的特定版本和预期哈希组成。

在每次缺少模块时，如果缓存中不存在，则需要下载并计算其哈希添加到 go.sum 中；如果缓存中存在，则需要匹配 go.sum 中的已有条目。

这样，构建软件的用户就可以使用哈希验证其构建是否跟你的构建相同（go mod verify），而无论他们怎样获取依赖项，都可以得到相同的版本。同时也保证了项目依赖不会发生预料之外的恶意修改和其他问题。这也是为什么要将 go.sum 文件加入版本管理（Git）的原因。

再加上 Go Modules 选择的是最小版本选择策略（默认使用构建中涉及的每个模块的最旧允许版本，使得新版本的发布对构建没有影响）就可以实现可重现的构建（在重复构建时产生相同的结果）。

语义化版本

什么是语义化版本？语义化版本是一套由 Gravatars 创办者兼 GitHub 共同创办者 Tom Preston-Werner 所建立的约定。在这套约定下，语义化版本号及其更新方式包含了很多有用的信息。

语义化版本号格式为：X.Y.Z（主版本号.次版本号.修订号），使用方法如下：

进行不向下兼容的修改时，递增主版本号。
API 保持向下兼容的新增及修改时，递增次版本号。
修复问题但不影响 API 时，递增修订号。

举个例子，有一个语义化版本号为：v0.1.2，则其主版本号为 0，次版本为 1，修订号为 2。而前面的 v 是 version（版本）的首字母，是 Go 语言惯例使用的，标准的语义化版本没有这个约定。

所以在使用 Go 命令行工具或 go.mod 文件时，就可以使用语义化版本号来进行模块查询，具体规则如下：

默认值（@latest）：将匹配最新的可用标签版本或源码库的最新未标签版本。
完全指定版本（@v1.2.3）：将匹配该指定版本。
版本前缀（@v1 或 @v1.2）：将匹配具有该前缀的最新可用标签版本。
版本比较（@<v1.2.3 或 @>=v1.5.6）：将匹配最接近比较目标的可用标签版本。< 则为小于该版本的最新版本，> 则为大于该版本的最旧版本。当使用类 Unix 系统时，需用引号将字符串包裹起来以防止大于小于号被解释为重定向。如：go get 'github.com/gin-gonic/gin@<v1.2.3'。
指定某个 commit（@c856192）：将匹配该 commit 时的版本。
指定某个分支（@master）：将匹配该分支版本。

如上图所示，为了能让 Go Modules 的使用者能够从旧版本更方便地升级至新版本，Go 语言官方提出了两个重要的规则：

导入兼容性规则（import compatibility rule）：如果旧包和新包具有相同的导入路径，则新包必须向后兼容旧包。
语义化导入版本规则（semantic import versioning rule）：每个不同主版本（即不兼容的包 v1 或 v2）使用不同的导入路径，以主版本结尾，且每个主版本中最多一个。如：一个 rsc.io/quote、一个 rsc.io/quote/v2、一个 rsc.io/quote/v3。

而与 Git 分支的集成如下：

vendor 目录

以前使用 vendor 目录有两个目的：

可以使用依赖项的确切版本用来构建。
即使原始副本消失，也能保证这些依赖项是可用的。

而模块现在有了更好的机制来实现这两个目的：

通过在 go.mod 文件中指定依赖项的确切版本。
可用性则由缓存代理（$GOPROXY）实现。

而且 vendor 目录也很难管理这些依赖项，久而久之就会陷入与 node_modules 黑洞一样的窘境。

所以，默认情况下使用 Go Modules 将完全忽略 vendor 的依赖项，但是为了平稳过度，可以使用 go mod vendor 命令可以创建 vendor 目录。

并在 Go 命令行工具使用 -mod=vendor 参数，如：go test -mod=vendor ./...；或设置环境变量 GOFLAGS 为 -mod=vendor，这样会假定 vendor 目录包含正确的依赖项副本，并忽略 go.mod 文件中的依赖项描述来构建。

环境变量 GOPROXY

设置环境变量 GOPROXY 可以解决中国大陆无法使用 go get 的问题：

把 export GOPROXY=https://goproxy.io 写入 Shell 的配置文件即可。

常用命令

go mod init：创建一个新模块，初始化 go.mod 文件，参数为该模块的导入路径，推荐使用这种形式。如：go mod init github.com/linehk/example。
go get：更改依赖项版本（或添加新的依赖项）。
go build、go test 等命令：Go 命令行工具会根据需要添加新的依赖项。如：go test ./...，测试当前模块。
go list -m all：打印当前模块依赖。
go mod tidy：移除无用依赖。
go list -m -versions github.com/gin-gonic/gin：列出该模块的所有版本。
go mod verify：验证哈希。

与 GoLand 集成

在 GoLand 2019.1.3 中使用 Go Modules 需要进行两个设置：

Preferences -> Go -> Go Modules (vgo)，勾选 Enable Go Modules (vgo) integration 以启用 Go Modules，并在 Proxy 输入框中输入 https://goproxy.io。如图所示：
Preferences -> Go -> GOPATH，勾选上 Index entire GOPATH 以索引整个 GOPATH，不然无法导入包。如图所示：