一、error 類型與錯誤值構(gòu)造

1.1 Error 接口介紹

在Go語言中，error 類型是一個接口類型，通常用于表示錯誤。它定義如下：

type error interface {
    Error() string
}

error 接口只有一個方法，即 Error() 方法，該方法返回一個描述錯誤的字符串。這意味著任何實現(xiàn)了 Error() 方法的類型都可以被用作錯誤類型。通常，Go程序中的函數(shù)在遇到錯誤時會返回一個 error 類型的值，以便調(diào)用方可以處理或記錄錯誤信息。

1.2 構(gòu)造錯誤值的方法

1.2.1 使用errors包

Go 語言的設(shè)計者提供了兩種方便 Go 開發(fā)者構(gòu)造錯誤值的方法： errors.New 和 fmt.Errorf 。

• errors.New() 函數(shù)是創(chuàng)建最簡單的錯誤值的方法，它只包含一個錯誤消息字符串。這個方法適用于創(chuàng)建簡單的錯誤值。
• fmt.Errorf() 函數(shù)允許你構(gòu)造一個格式化的錯誤消息，類似于 fmt.Printf() 函數(shù)。這對于需要構(gòu)建更復雜的錯誤消息時非常有用。

使用這兩種方法，我們可以輕松構(gòu)造出一個滿足 error 接口的錯誤值，就像下面代碼這樣：

err := errors.New("your first demo error")
errWithCtx = fmt.Errorf("index %d is out of bounds", i)

這兩種方法實際上返回的是同一個實現(xiàn)了 error 接口的類型的實例，這個未導出的類型就是 errors.errorString，它的定義是這樣的：

// $GOROOT/src/errors/errors.go

type errorString struct {
    s string
}

func (e *errorString) Error() string {
    return e.s
}

大多數(shù)情況下，使用這兩種方法構(gòu)建的錯誤值就可以滿足我們的需求了。但我們也要看到，雖然這兩種構(gòu)建錯誤值的方法很方便，但它們給錯誤處理者提供的錯誤上下文（Error Context）只限于以字符串形式呈現(xiàn)的信息，也就是 Error 方法返回的信息。

1.2.2 自定義錯誤類型

在一些場景下，錯誤處理者需要從錯誤值中提取出更多信息，幫助他選擇錯誤處理路徑，顯然這兩種方法就不能滿足了。這個時候，我們可以自定義錯誤類型來滿足這一需求。以下是一個示例：

package main

import "fmt"

// 自定義錯誤類型
type MyError struct {
	ErrorCode    int
	ErrorMessage string
}

// 實現(xiàn) error 接口的 Error 方法
func (e MyError) Error() string {
	return fmt.Sprintf("錯誤 %d: %s", e.ErrorCode, e.ErrorMessage)
}

func someFunction() error {
	// 創(chuàng)建自定義錯誤值
	err := MyError{
		ErrorCode:    404,
		ErrorMessage: "未找到",
	}
	return err
}

func main() {
	// 調(diào)用 someFunction，返回自定義錯誤值
	err := someFunction()
	// 打印錯誤信息
	fmt.Println("錯誤:", err)
}

我們再來看一個例子，比如：標準庫中的 net 包就定義了一種攜帶額外錯誤上下文的錯誤類型：

// $GOROOT/src/net/net.go
type OpError struct {
    Op string
    Net string
    Source Addr
    Addr Addr
    Err error
}

這樣，錯誤處理者就可以根據(jù)這個類型的錯誤值提供的額外上下文信息，比如 Op、Net、Source 等，做出錯誤處理路徑的選擇，比如下面標準庫中的代碼：

// $GOROOT/src/net/http/server.go
func isCommonNetReadError(err error) bool {
    if err == io.EOF {
        return true
    }
    if neterr, ok := err.(net.Error); ok && neterr.Timeout() {
        return true
    }
    if oe, ok := err.(*net.OpError); ok && oe.Op == "read" {
        return true
    }
    return false
}

我們看到，上面這段代碼利用類型斷言（Type Assertion），判斷 error 類型變量 err 的動態(tài)類型是否為 *net.OpError 或 net.Error。如果 err 的動態(tài)類型是 *net.OpError，那么類型斷言就會返回這個動態(tài)類型的值（存儲在 oe 中），代碼就可以通過判斷它的 Op 字段是否為"read"來判斷它是否為 CommonNetRead 類型的錯誤。

二、error 類型的好處

2.1 第一點：統(tǒng)一了錯誤類型

如果不同開發(fā)者的代碼、不同項目中的代碼，甚至標準庫中的代碼，都統(tǒng)一以 error 接口變量的形式呈現(xiàn)錯誤類型，就能在提升代碼可讀性的同時，還更容易形成統(tǒng)一的錯誤處理策略。

2.2 第二點：錯誤是值

我們構(gòu)造的錯誤都是值，也就是說，即便賦值給 error 這個接口類型變量，我們也可以像整型值那樣對錯誤做“==”和“!=”的邏輯比較，函數(shù)調(diào)用者檢視錯誤時的體驗保持不變。

由于 error 是一個接口類型，默認零值為nil。所以我們通常將調(diào)用函數(shù)返回的錯誤與nil進行比較，以此來判斷函數(shù)是否返回錯誤。如果返回的錯誤為 nil，則表示函數(shù)執(zhí)行成功，否則表示出現(xiàn)了錯誤。這種約定使得錯誤處理變得一致和直觀。例如你會經(jīng)?？吹筋愃葡旅娴腻e誤判斷代碼。

func someFunction() error {
    // 模擬一個出錯的情況
    return errors.New("這是一個錯誤")
}

func main() {
    err := someFunction()

    if err != nil {
        fmt.Println("函數(shù)執(zhí)行失敗，錯誤信息:", err)
    } else {
        fmt.Println("函數(shù)執(zhí)行成功")
    }
}

2.3 第三點：易擴展，支持自定義錯誤上下文

雖然錯誤以 error 接口變量的形式統(tǒng)一呈現(xiàn)，但我們很容易通過自定義錯誤類型來擴展我們的錯誤上下文，就像前面的 Go 標準庫的 OpError 類型那樣。

error 接口是錯誤值的提供者與錯誤值的檢視者之間的契約。error 接口的實現(xiàn)者負責提供錯誤上下文，供負責錯誤處理的代碼使用。這種錯誤具體上下文與作為錯誤值類型的 error 接口類型的解耦，也體現(xiàn)了 Go 組合設(shè)計哲學中“正交”的理念。

三、Go 錯誤處理的慣用策略

3.1 策略一：透明錯誤處理策略

簡單來說，Go 語言中的錯誤處理，就是根據(jù)函數(shù) / 方法返回的 error 類型變量中攜帶的錯誤值信息做決策，并選擇后續(xù)代碼執(zhí)行路徑的過程。

這樣，最簡單的錯誤策略莫過于完全不關(guān)心返回錯誤值攜帶的具體上下文信息，只要發(fā)生錯誤就進入唯一的錯誤處理執(zhí)行路徑，比如下面這段代碼：

err := doSomething()
if err != nil {
    // 不關(guān)心err變量底層錯誤值所攜帶的具體上下文信息
    // 執(zhí)行簡單錯誤處理邏輯并返回
    ... ...
    return err
}

這是 Go 語言中最常見的錯誤處理策略，80% 以上的 Go 錯誤處理情形都可以歸類到這種策略下。在這種策略下，由于錯誤處理方并不關(guān)心錯誤值的上下文，所以錯誤值的構(gòu)造方（如上面的函數(shù) doSomething）可以直接使用 Go 標準庫提供的兩個基本錯誤值構(gòu)造方法 errors.New 和 fmt.Errorf 來構(gòu)造錯誤值，就像下面這樣：

func doSomething(...) error {
    ... ...
    return errors.New("some error occurred")
}

這樣構(gòu)造出的錯誤值代表的上下文信息，對錯誤處理方是透明的，因此這種策略稱為“透明錯誤處理策略”。在錯誤處理方不關(guān)心錯誤值上下文的前提下，透明錯誤處理策略能最大程度地減少錯誤處理方與錯誤值構(gòu)造方之間的耦合關(guān)系。

3.2 策略二：“哨兵”錯誤處理策略

當錯誤處理方不能只根據(jù)“透明的錯誤值”就做出錯誤處理路徑選取的情況下，錯誤處理方會嘗試對返回的錯誤值進行檢視，于是就有可能出現(xiàn)下面代碼中的反模式：

data, err := b.Peek(1)
if err != nil {
    switch err.Error() {
    case "bufio: negative count":
        // ... ...
        return
    case "bufio: buffer full":
        // ... ...
        return
    case "bufio: invalid use of UnreadByte":
        // ... ...
        return
    default:
        // ... ...
        return
    }
}

簡單來說，反模式就是，錯誤處理方以透明錯誤值所能提供的唯一上下文信息（描述錯誤的字符串），作為錯誤處理路徑選擇的依據(jù)。但這種“反模式”會造成嚴重的隱式耦合。這也就意味著，錯誤值構(gòu)造方不經(jīng)意間的一次錯誤描述字符串的改動，都會造成錯誤處理方處理行為的變化，并且這種通過字符串比較的方式，對錯誤值進行檢視的性能也很差。

那這有什么辦法嗎？Go 標準庫采用了定義導出的（Exported）“哨兵”錯誤值的方式，來輔助錯誤處理方檢視（inspect）錯誤值并做出錯誤處理分支的決策，比如下面的 bufio 包中定義的“哨兵錯誤”：

// $GOROOT/src/bufio/bufio.go
var (
    ErrInvalidUnreadByte = errors.New("bufio: invalid use of UnreadByte")
    ErrInvalidUnreadRune = errors.New("bufio: invalid use of UnreadRune")
    ErrBufferFull        = errors.New("bufio: buffer full")
    ErrNegativeCount     = errors.New("bufio: negative count")
)

下面的代碼片段利用了上面的哨兵錯誤，進行錯誤處理分支的決策：

data, err := b.Peek(1)
if err != nil {
    switch err {
    case bufio.ErrNegativeCount:
        // ... ...
        return
    case bufio.ErrBufferFull:
        // ... ...
        return
    case bufio.ErrInvalidUnreadByte:
        // ... ...
        return
    default:
        // ... ...
        return
    }
}

你可以看到，一般“哨兵”錯誤值變量以 ErrXXX 格式命名。和透明錯誤策略相比，“哨兵”策略讓錯誤處理方在有檢視錯誤值的需求時候，可以“有的放矢”。

不過，對于 API 的開發(fā)者而言，暴露“哨兵”錯誤值也意味著這些錯誤值和包的公共函數(shù) / 方法一起成為了 API 的一部分。一旦發(fā)布出去，開發(fā)者就要對它進行很好的維護。而“哨兵”錯誤值也讓使用這些值的錯誤處理方對它產(chǎn)生了依賴。

從 Go 1.13 版本開始，標準庫 errors 包提供了 Is 函數(shù)用于錯誤處理方對錯誤值的檢視。Is 函數(shù)類似于把一個 error 類型變量與“哨兵”錯誤值進行比較，比如下面代碼：

// 類似 if err == ErrOutOfBounds{ … }
if errors.Is(err, ErrOutOfBounds) {
    // 越界的錯誤處理
}

不同的是，如果 error 類型變量的底層錯誤值是一個包裝錯誤（Wrapped Error），errors.Is 方法會沿著該包裝錯誤所在錯誤鏈（Error Chain)，與鏈上所有被包裝的錯誤（Wrapped Error）進行比較，直至找到一個匹配的錯誤為止。下面是 Is 函數(shù)應(yīng)用的一個例子：

var ErrSentinel = errors.New("the underlying sentinel error")

func main() {
  err1 := fmt.Errorf("wrap sentinel: %w", ErrSentinel)
  err2 := fmt.Errorf("wrap err1: %w", err1)
    println(err2 == ErrSentinel) //false
  if errors.Is(err2, ErrSentinel) {
    println("err2 is ErrSentinel")
    return
  }

  println("err2 is not ErrSentinel")
}

在這個例子中，我們通過 fmt.Errorf 函數(shù)，并且使用%w創(chuàng)建包裝錯誤變量 err1 和 err2，其中 err1 實現(xiàn)了對 ErrSentinel 這個“哨兵錯誤值”的包裝，而 err2 又對 err1 進行了包裝，這樣就形成了一條錯誤鏈。位于錯誤鏈最上層的是 err2，位于最底層的是 ErrSentinel。之后，我們再分別通過值比較和 errors.Is 這兩種方法，判斷 err2 與 ErrSentinel 的關(guān)系。運行上述代碼，我們會看到如下結(jié)果：

false
err2 is ErrSentinel

我們看到，通過比較操作符對 err2 與 ErrSentinel 進行比較后，我們發(fā)現(xiàn)這二者并不相同。而 errors.Is 函數(shù)則會沿著 err2 所在錯誤鏈，向下找到被包裝到最底層的“哨兵”錯誤值ErrSentinel。

如果你使用的是 Go 1.13 及后續(xù)版本，建議你盡量使用errors.Is方法去檢視某個錯誤值是否就是某個預(yù)期錯誤值，或者包裝了某個特定的“哨兵”錯誤值。

3.3 策略三：錯誤值類型檢視策略

上面我們看到，基于 Go 標準庫提供的錯誤值構(gòu)造方法構(gòu)造的“哨兵”錯誤值，除了讓錯誤處理方可以“有的放矢”的進行值比較之外，并沒有提供其他有效的錯誤上下文信息。那如果遇到錯誤處理方需要錯誤值提供更多的“錯誤上下文”的情況，上面這些錯誤處理策略和錯誤值構(gòu)造方式都無法滿足。

這種情況下，我們需要通過自定義錯誤類型的構(gòu)造錯誤值的方式，來提供更多的“錯誤上下文”信息。并且，由于錯誤值都通過 error 接口變量統(tǒng)一呈現(xiàn)，要得到底層錯誤類型攜帶的錯誤上下文信息，錯誤處理方需要使用 Go 提供的類型斷言機制（Type Assertion）或類型選擇機制（Type Switch），這種錯誤處理方式，我稱之為錯誤值類型檢視策略。

我們來看一個標準庫中的例子加深下理解，這個 json 包中自定義了一個 UnmarshalTypeError 的錯誤類型：

// $GOROOT/src/encoding/json/decode.go
type UnmarshalTypeError struct {
    Value  string       
    Type   reflect.Type 
    Offset int64        
    Struct string       
    Field  string      
}

錯誤處理方可以通過錯誤類型檢視策略，獲得更多錯誤值的錯誤上下文信息，下面就是利用這一策略的json包的一個方法的實現(xiàn)：

// $GOROOT/src/encoding/json/decode.go
func (d *decodeState) addErrorContext(err error) error {
    if d.errorContext.Struct != nil || len(d.errorContext.FieldStack) > 0 {
        switch err := err.(type) {
        case *UnmarshalTypeError:
            err.Struct = d.errorContext.Struct.Name()
            err.Field = strings.Join(d.errorContext.FieldStack, ".")
            return err
        }
    }
    return err
}

我們看到，這段代碼通過類型 switch 語句得到了 err 變量代表的動態(tài)類型和值，然后在匹配的 case 分支中利用錯誤上下文信息進行處理。

這里，一般自定義導出的錯誤類型以 XXXError 的形式命名。和“哨兵”錯誤處理策略一樣，錯誤值類型檢視策略，由于暴露了自定義的錯誤類型給錯誤處理方，因此這些錯誤類型也和包的公共函數(shù) / 方法一起，成為了 API 的一部分。一旦發(fā)布出去，開發(fā)者就要對它們進行很好的維護。而它們也讓使用這些類型進行檢視的錯誤處理方對其產(chǎn)生了依賴。

從 Go 1.13 版本開始，標準庫 errors 包提供了As函數(shù)給錯誤處理方檢視錯誤值。As函數(shù)類似于通過類型斷言判斷一個 error 類型變量是否為特定的自定義錯誤類型，如下面代碼所示：

// 類似 if e, ok := err.(*MyError); ok { … }
var e *MyError
if errors.As(err, &e) {
    // 如果err類型為*MyError，變量e將被設(shè)置為對應(yīng)的錯誤值
}

不同的是，如果 error 類型變量的動態(tài)錯誤值是一個包裝錯誤，errors.As函數(shù)會沿著該包裝錯誤所在錯誤鏈，與鏈上所有被包裝的錯誤的類型進行比較，直至找到一個匹配的錯誤類型，就像 errors.Is 函數(shù)那樣。下面是As函數(shù)應(yīng)用的一個例子：

type MyError struct {
    e string
}

func (e *MyError) Error() string {
    return e.e
}

func main() {
    var err = &MyError{"MyError error demo"}
    err1 := fmt.Errorf("wrap err: %w", err)
    err2 := fmt.Errorf("wrap err1: %w", err1)
    var e *MyError
    if errors.As(err2, &e) {
        println("MyError is on the chain of err2")
        println(e == err)                  
        return                             
    }                                      
    println("MyError is not on the chain of err2")
} 

運行上述代碼會得到：

MyError is on the chain of err2
true

我們看到，errors.As 函數(shù)沿著 err2 所在錯誤鏈向下找到了被包裝到最深處的錯誤值，并將 err2 與其類型 * MyError 成功匹配。匹配成功后，errors.As 會將匹配到的錯誤值存儲到 As 函數(shù)的第二個參數(shù)中，這也是為什么 println(e == err)輸出 true 的原因。

如果你使用的是 Go 1.13 及后續(xù)版本，請盡量使用 errors.As方法去檢視某個錯誤值是否是某自定義錯誤類型的實例。

3.4 策略四：錯誤行為特征檢視策略

不知道你注意到?jīng)]有，在前面我們已經(jīng)講過的三種策略中，其實只有第一種策略，也就是“透明錯誤處理策略”，有效降低了錯誤的構(gòu)造方與錯誤處理方兩者之間的耦合。雖然前面的策略二和策略三，都是我們實際編碼中有效的錯誤處理策略，但其實使用這兩種策略的代碼，依然在錯誤的構(gòu)造方與錯誤處理方兩者之間建立了耦合。

那么除了“透明錯誤處理策略”外，我們是否還有手段可以降低錯誤處理方與錯誤值構(gòu)造方的耦合呢？

在 Go 標準庫中，我們發(fā)現(xiàn)了這樣一種錯誤處理方式：將某個包中的錯誤類型歸類，統(tǒng)一提取出一些公共的錯誤行為特征，并將這些錯誤行為特征放入一個公開的接口類型中。這種方式也被叫做錯誤行為特征檢視策略。

以標準庫中的net包為例，它將包內(nèi)的所有錯誤類型的公共行為特征抽象并放入 net.Error 這個接口中，如下面代碼：

// $GOROOT/src/net/net.go
type Error interface {
    error
    Timeout() bool  
    Temporary() bool
}

我們看到，net.Error 接口包含兩個用于判斷錯誤行為特征的方法：Timeout 用來判斷是否是超時（Timeout）錯誤，Temporary 用于判斷是否是臨時（Temporary）錯誤。

而錯誤處理方只需要依賴這個公共接口，就可以檢視具體錯誤值的錯誤行為特征信息，并根據(jù)這些信息做出后續(xù)錯誤處理分支選擇的決策。

這里，我們再看一個 http 包使用錯誤行為特征檢視策略進行錯誤處理的例子，加深下理解：

// $GOROOT/src/net/http/server.go
func (srv *Server) Serve(l net.Listener) error {
    ... ...
    for {
        rw, e := l.Accept()
        if e != nil {
            select {
            case <-srv.getDoneChan():
                return ErrServerClosed
            default:
            }
            if ne, ok := e.(net.Error); ok && ne.Temporary() {
                // 注：這里對臨時性(temporary)錯誤進行處理
                ... ...
                time.Sleep(tempDelay)
                continue
            }
            return e
        }
        ...
    }
    ... ...
}

在上面代碼中，Accept 方法實際上返回的錯誤類型為 *OpError，它是 net 包中的一個自定義錯誤類型，它實現(xiàn)了錯誤公共特征接口 net.Error，如下代碼所示：

// $GOROOT/src/net/net.go
type OpError struct {
    ... ...
    // Err is the error that occurred during the operation.
    Err error
}

type temporary interface {
    Temporary() bool
}

func (e *OpError) Temporary() bool {
  if ne, ok := e.Err.(*os.SyscallError); ok {
      t, ok := ne.Err.(temporary)
      return ok && t.Temporary()
  }
  t, ok := e.Err.(temporary)
  return ok && t.Temporary()
}

因此，OpError 實例可以被錯誤處理方通過 net.Error 接口的方法，判斷它的行為是否滿足 Temporary 或 Timeout 特征。

四、總結(jié)

Go 語言統(tǒng)一錯誤類型為 error 接口類型，并提供了多種快速構(gòu)建可賦值給 error 類型的錯誤值的函數(shù)，包括 errors.New、fmt.Errorf 等，我們還講解了使用統(tǒng)一 error 作為錯誤類型的優(yōu)點，你要深刻理解這一點。

基于 Go 錯誤處理機制、統(tǒng)一的錯誤值類型以及錯誤值構(gòu)造方法的基礎(chǔ)上，Go 語言形成了多種錯誤處理的慣用策略，包括透明錯誤處理策略、“哨兵”錯誤處理策略、錯誤值類型檢視策略以及錯誤行為特征檢視策略等。這些策略都有適用的場合，但沒有某種單一的錯誤處理策略可以適合所有項目或所有場合。

在錯誤處理策略選擇上，你可以參考以下：

• 請盡量使用“透明錯誤”處理策略，降低錯誤處理方與錯誤值構(gòu)造方之間的耦合；
• 如果可以從眾多錯誤類型中提取公共的錯誤行為特征，那么請盡量使用“錯誤行為特征檢視策略”;
• 在上述兩種策略無法實施的情況下，再使用“哨兵”策略和“錯誤值類型檢視”策略；
• Go 1.13 及后續(xù)版本中，盡量用 errors.Is 和 errors.As 函數(shù)替換原先的錯誤檢視比較語句。

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