使用 Go 標準庫建立健全的 API：綜合指南

身為 Go 開發人員，我發現標準函式庫提供了一系列令人印象深刻的工具來建立強大的 API。讓我們探索如何利用這些內建套件來建立高效且可擴展的 Web 服務。

net/http 套件構成了我們 API 開發的基礎。它提供了一個簡單但功能強大的介面來處理 HTTP 請求和回應。以下是我們如何設定基本伺服器：

package main

import (
    "fmt"
    "log"
    "net/http"
)

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

func handleRoot(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
    fmt.Fprintf(w, "Welcome to our API!")
}

這將設定一個偵聽連接埠 8080 並回應根路徑處的請求的伺服器。但讓我們透過為使用者添加 RESTful 端點來讓它變得更有趣：

func main() {
    http.HandleFunc("/api/users", handleUsers)
    log.Fatal(http.ListenAndServe(":8080", nil))
}

func handleUsers(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
    switch r.Method {
    case "GET":
        getUsers(w, r)
    case "POST":
        createUser(w, r)
    default:
        http.Error(w, "Method not allowed", http.StatusMethodNotAllowed)
    }
}

func getUsers(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
    // Fetch users from database and return them
}

func createUser(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
    // Create a new user in the database
}

現在我們有了一個更結構化的 API，可以處理同一端點的不同 HTTP 方法。但是我們要如何處理 JSON 資料呢？輸入encoding/json包。

encoding/json 套件讓我們可以輕鬆地將 Go 結構編組為 JSON 並將 JSON 解組為 Go 結構。以下是我們如何在 API 中使用它：

type User struct {
    ID   int    `json:"id"`
    Name string `json:"name"`
}

func getUsers(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
    users := []User{
        {ID: 1, Name: "Alice"},
        {ID: 2, Name: "Bob"},
    }

    w.Header().Set("Content-Type", "application/json")
    json.NewEncoder(w).Encode(users)
}

func createUser(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
    var newUser User
    err := json.NewDecoder(r.Body).Decode(&newUser)
    if err != nil {
        http.Error(w, err.Error(), http.StatusBadRequest)
        return
    }

    // Save newUser to database
    w.WriteHeader(http.StatusCreated)
    json.NewEncoder(w).Encode(newUser)
}

此程式碼示範如何傳送 JSON 回應和解析 JSON 請求。 json.NewEncoder(w).Encode(users) 行將使用者切片序列化為 JSON 並將其寫入回應。另一方面， json.NewDecoder(r.Body).Decode(&newUser) 從請求正文中讀取 JSON 並填入我們的 newUser 結構。

隨著 API 的成長，我們可能需要增加一些中間件來執行日誌記錄或驗證等任務。 Go 的 http 包讓這變得簡單：

func loggingMiddleware(next http.HandlerFunc) http.HandlerFunc {
    return func(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
        log.Printf("Request: %s %s", r.Method, r.URL.Path)
        next.ServeHTTP(w, r)
    }
}

func authMiddleware(next http.HandlerFunc) http.HandlerFunc {
    return func(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
        token := r.Header.Get("Authorization")
        if token != "secret-token" {
            http.Error(w, "Unauthorized", http.StatusUnauthorized)
            return
        }
        next.ServeHTTP(w, r)
    }
}

func main() {
    http.HandleFunc("/api/users", authMiddleware(loggingMiddleware(handleUsers)))
    log.Fatal(http.ListenAndServe(":8080", nil))
}

在這裡，我們建立了兩個中間件函數：一個用於日誌記錄，另一個用於簡單的基於令牌的身份驗證。我們可以連結這些中間件函數，對我們的請求應用多層處理。

API 開發的另一個重要方面是正確的錯誤處理。 Go 的錯誤處理理念鼓勵明確錯誤檢查，這會產生更健壯的程式碼。讓我們透過更好的錯誤處理來增強 createUser 函數：

func createUser(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
    var newUser User
    err := json.NewDecoder(r.Body).Decode(&newUser)
    if err != nil {
        http.Error(w, "Invalid request payload", http.StatusBadRequest)
        return
    }

    if newUser.Name == "" {
        http.Error(w, "Name is required", http.StatusBadRequest)
        return
    }

    // Simulate database error
    if newUser.ID == 999 {
        http.Error(w, "Database error", http.StatusInternalServerError)
        return
    }

    w.WriteHeader(http.StatusCreated)
    json.NewEncoder(w).Encode(newUser)
}

此版本檢查各種錯誤條件並傳回適當的 HTTP 狀態碼和錯誤訊息。

隨著 API 的成長，我們可能需要處理更複雜的場景，例如長時間運行的請求或需要取消操作。這就是上下文包派上用場的地方。它允許我們攜帶請求範圍的值、處理逾時和管理取消。

以下是我們如何在 API 中使用上下文：

func handleLongRunningTask(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
    ctx, cancel := context.WithTimeout(r.Context(), 5*time.Second)
    defer cancel()

    result := make(chan string, 1)
    go func() {
        // Simulate a long-running task
        time.Sleep(6 * time.Second)
        result <- "Task completed"
    }()

    select {
    case <-ctx.Done():
        http.Error(w, "Request timed out", http.StatusRequestTimeout)
    case res := <-result:
        fmt.Fprint(w, res)
    }
}

在此範例中，我們為請求設定了 5 秒的逾時。如果長時間運行的任務沒有在這段時間內完成，我們將向客戶端傳回逾時錯誤。

效能對於任何 API 來說都是一個關鍵問題。 Go 的標準函式庫提供了多種工具來幫助我們優化 API 的效能。例如，我們可以使用sync.Pool來重複使用物件並減少垃圾收集器的負載：

package main

import (
    "fmt"
    "log"
    "net/http"
)

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

func handleRoot(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
    fmt.Fprintf(w, "Welcome to our API!")
}

此程式碼重用了位元組緩衝區，這可以顯著減少高流量場景下的記憶體分配。

另一個效能考量是高效率路由。雖然標準的 http.ServeMux 足以滿足簡單的 API，但對於更複雜的路由需求，我們可能想要實作一個自訂路由器：

func main() {
    http.HandleFunc("/api/users", handleUsers)
    log.Fatal(http.ListenAndServe(":8080", nil))
}

func handleUsers(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
    switch r.Method {
    case "GET":
        getUsers(w, r)
    case "POST":
        createUser(w, r)
    default:
        http.Error(w, "Method not allowed", http.StatusMethodNotAllowed)
    }
}

func getUsers(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
    // Fetch users from database and return them
}

func createUser(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
    // Create a new user in the database
}

此自訂路由器允許更靈活的路徑匹配，包括通配符模式。

隨著 API 的成長，我們可能需要有效地處理並發請求。 Go 的 goroutine 和通道非常適合此目的：

type User struct {
    ID   int    `json:"id"`
    Name string `json:"name"`
}

func getUsers(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
    users := []User{
        {ID: 1, Name: "Alice"},
        {ID: 2, Name: "Bob"},
    }

    w.Header().Set("Content-Type", "application/json")
    json.NewEncoder(w).Encode(users)
}

func createUser(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
    var newUser User
    err := json.NewDecoder(r.Body).Decode(&newUser)
    if err != nil {
        http.Error(w, err.Error(), http.StatusBadRequest)
        return
    }

    // Save newUser to database
    w.WriteHeader(http.StatusCreated)
    json.NewEncoder(w).Encode(newUser)
}

此程式碼同時從三個服務取得數據，將結果合併到一個回應中。

安全性在 API 開發中至關重要。 Go 的 crypto 套件提供了用於雜湊、加密等的工具。以下是我們如何對密碼進行雜湊處理的範例：

func loggingMiddleware(next http.HandlerFunc) http.HandlerFunc {
    return func(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
        log.Printf("Request: %s %s", r.Method, r.URL.Path)
        next.ServeHTTP(w, r)
    }
}

func authMiddleware(next http.HandlerFunc) http.HandlerFunc {
    return func(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
        token := r.Header.Get("Authorization")
        if token != "secret-token" {
            http.Error(w, "Unauthorized", http.StatusUnauthorized)
            return
        }
        next.ServeHTTP(w, r)
    }
}

func main() {
    http.HandleFunc("/api/users", authMiddleware(loggingMiddleware(handleUsers)))
    log.Fatal(http.ListenAndServe(":8080", nil))
}

這些函數可用於安全地儲存和驗證使用者密碼。

測試是 API 開發不可或缺的一部分，Go 的測試包讓編寫和執行測試變得容易。這是我們如何測試 handleUsers 函數的範例：

func createUser(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
    var newUser User
    err := json.NewDecoder(r.Body).Decode(&newUser)
    if err != nil {
        http.Error(w, "Invalid request payload", http.StatusBadRequest)
        return
    }

    if newUser.Name == "" {
        http.Error(w, "Name is required", http.StatusBadRequest)
        return
    }

    // Simulate database error
    if newUser.ID == 999 {
        http.Error(w, "Database error", http.StatusInternalServerError)
        return
    }

    w.WriteHeader(http.StatusCreated)
    json.NewEncoder(w).Encode(newUser)
}

此測試會建立一個請求，將其傳遞給我們的處理程序，並檢查回應狀態和正文。

總之，Go 的標準函式庫提供了一套強大的工具來建立高效且可擴展的 API。從處理 HTTP 請求和使用 JSON，到管理並發和實施安全措施，標準庫都為我們提供了幫助。透過有效地利用這些內建包，我們可以創建強大的 API，而無需依賴外部框架。這不僅簡化了我們的依賴管理，而且還確保我們的程式碼在成長時保持高效能和可維護性。隨著我們繼續深入探索 Go 標準函式庫，我們將發現更多增強 API 開發流程的方法。

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