我们已经初步了解了 Go 程序的结构，以及 Go 项目的典型布局了，接下来，我们是时候来系统学习一下 Go 应用的构建了。

我们会重点来探讨现在被广泛采用的构建模式，Go Module 的基本概念和应用构建方式。 接着，知道了怎么做后，我们会再深一层，继续分析 Go Module 的工作原理。

创建你的第一个 Go Module

从 Go 1.11 版本开始，除了 GOPATH 构建模式外，Go 又增加了一种 Go Module 构建模式。

我们曾基于 Go Module 构建模式编写过一个“hello, world”程序，当时是为了讲解 Go 程序结构，这里我再带你回顾一下 Go Module 的基础概念。

一个 Go Module 是一个 Go 包的集合。module 是有版本的，所以 module 下的包也就有了版本属性。这个 module 与这些包会组成一个独立的版本单元，它们一起打版本、发布和分发。

在 Go Module 模式下，通常一个代码仓库对应一个 Go Module。一个 Go Module 的顶层目录下会放置一个 go.mod 文件，每个 go.mod 文件会定义唯一一个 module，也就是说 Go Module 与 go.mod 是一一对应的。

go.mod 文件所在的顶层目录也被称为 module 的根目录，module 根目录以及它子目录下的所有 Go 包均归属于这个 Go Module，这个 module 也被称为 main module。

你可能也意识到了，Go Module 的原理和使用方法其实有点复杂，但“千里之行始于足下”，下面我们先从如何创建一个 Go Module 说起。我们先来将上面的例子改造成为一个基于 Go Module 构建模式的 Go 项目。

创建一个 Go Module

将基于当前项目创建一个 Go Module，通常有如下几个步骤：

第一步，通过 go mod init 创建 go.mod 文件，将当前项目变为一个 Go Module；

第二步，通过 go mod tidy 命令自动更新当前 module 的依赖信息；

第三步，执行 go build，执行新 module 的构建。

我们先建立一个新项目 module-mode 用来演示 Go Module 的创建，注意我们可以在任意路径下创建这个项目，不必非要在 GOPATH 环境变量的配置路径下。

这个项目的 main.go 修改自上面的例子，修改后的 main.go 的代码是这样的，我们依旧依赖外部包 logrus：

package mainimport "github.com/sirupsen/logrus"func main() {  logrus.Println("hello, go module mode")}

你可以看到，这个项目目录下只有 main.go 一个源文件，现在我们就来为这个项目添加 Go Module 支持。我们通过 go mod init 命令为这个项目创建一个 Go Module（这里我们使用的是 Go 版本为 1.16.5，Go 1.16 版本默认采用 Go Module 构建模式）：

$go mod init github.com/bigwhite/module-modego: creating new go.mod: module github.com/bigwhite/module-modego: to add module requirements and sums:  go mod tidy

现在，go mod init 在当前项目目录下创建了一个 go.mod 文件，这个 go.mod 文件将当前项目变为了一个 Go Module，项目根目录变成了 module 根目录。go.mod 的内容是这样的：

module github.com/bigwhite/module-modego 1.16

这个 go.mod 文件现在处于初始状态，它的第一行内容用于声明 module 路径 (module path)，最后一行是一个 Go 版本指示符，用于表示这个 module 是在某个特定的 Go 版本的 module 语义的基础上编写的。

go mod init 命令还输出了两行日志，提示我们可以使用 go mod tidy 命令，添加 module 依赖以及校验和。go mod tidy 命令会扫描 Go 源码，并自动找出项目依赖的外部 Go Module 以及版本，下载这些依赖并更新本地的 go.mod 文件。我们按照这个提示执行一下 go mod tidy 命令：

$go mod tidygo: finding module for package github.com/sirupsen/logrusgo: downloading github.com/sirupsen/logrus v1.8.1go: found github.com/sirupsen/logrus in github.com/sirupsen/logrus v1.8.1go: downloading golang.org/x/sys v0.0.0-20191026070338-33540a1f6037go: downloading github.com/stretchr/testify v1.2.2

我们看到，对于一个处于初始状态的 module 而言，go mod tidy 分析了当前 main module 的所有源文件，找出了当前 main module 的所有第三方依赖，确定第三方依赖的版本，还下载了当前 main module 的直接依赖包（比如 logrus），以及相关间接依赖包（直接依赖包的依赖，比如上面的 golang.org/x/sys 等）。

Go Module 还支持通过 Go Module 代理服务加速第三方依赖的下载。在03 讲我们讲解 Go 环境安装时，就提到过 GOPROXY 环境变量，这个环境变量的默认值为“https: // proxy.golang.org,direct”，不过我们可以配置更适合于中国大陆地区的 Go Module 代理服务。

由 go mod tidy 下载的依赖 module 会被放置在本地的 module 缓存路径下，默认值为 $GOPATH[0]/pkg/mod，Go 1.15 及以后版本可以通过 GOMODCACHE 环境变量，自定义本地 module 的缓存路径。

执行 go mod tidy 后，我们示例 go.mod 的内容更新如下：

module github.com/bigwhite/module-modego 1.16require github.com/sirupsen/logrus v1.8.1

你可以看到，当前 module 的直接依赖 logrus，还有它的版本信息都被写到了 go.mod 文件的 require 段中。而且，执行完 go mod tidy 后，当前项目除了 go.mod 文件外，还多了一个新文件 go.sum，内容是这样的：

github.com/davecgh/go-spew v1.1.1 h1:vj9j/u1bqnvCEfJOwUhtlOARqs3+rkHYY13jYWTU97c=github.com/davecgh/go-spew v1.1.1/go.mod h1:J7Y8YcW2NihsgmVo/mv3lAwl/skON4iLHjSsI+c5H38=github.com/pmezard/go-difflib v1.0.0 h1:4DBwDE0NGyQoBHbLQYPwSUPoCMWR5BEzIk/f1lZbAQM=github.com/pmezard/go-difflib v1.0.0/go.mod h1:iKH77koFhYxTK1pcRnkKkqfTogsbg7gZNVY4sRDYZ/4=github.com/sirupsen/logrus v1.8.1 h1:dJKuHgqk1NNQlqoA6BTlM1Wf9DOH3NBjQyu0h9+AZZE=github.com/sirupsen/logrus v1.8.1/go.mod h1:yWOB1SBYBC5VeMP7gHvWumXLIWorT60ONWic61uBYv0=github.com/stretchr/testify v1.2.2 h1:bSDNvY7ZPG5RlJ8otE/7V6gMiyenm9RtJ7IUVIAoJ1w=github.com/stretchr/testify v1.2.2/go.mod h1:a8OnRcib4nhh0OaRAV+Yts87kKdq0PP7pXfy6kDkUVs=golang.org/x/sys v0.0.0-20191026070338-33540a1f6037 h1:YyJpGZS1sBuBCzLAR1VEpK193GlqGZbnPFnPV/5Rsb4=golang.org/x/sys v0.0.0-20191026070338-33540a1f6037/go.mod h1:h1NjWce9XRLGQEsW7wpKNCjG9DtNlClVuFLEZdDNbEs=

这同样是由 go mod 相关命令维护的一个文件，它存放了特定版本 module 内容的哈希值。这是 Go Module 的一个安全措施。当将来这里的某个 module 的特定版本被再次下载的时候，go 命令会使用 go.sum 文件中对应的哈希值，和新下载的内容的哈希值进行比对，只有哈希值比对一致才是合法的，这样可以确保你的项目所依赖的 module 内容，不会被恶意或意外篡改。因此，我推荐你把 go.mod 和 go.sum 两个文件与源码，一并提交到代码版本控制服务器上。

现在，go mod init 和 go mod tidy 已经为我们当前 Go Module 的构建铺平了道路，接下来，我们只需在当前 module 的根路径下，执行 go build 就可以完成 module 的构建了！

go build 命令会读取 go.mod 中的依赖及版本信息，并在本地 module 缓存路径下找到对应版本的依赖 module，执行编译和链接。如果顺利的话，我们会在当前目录下看到一个新生成的可执行文件 module-mode，执行这个文件我们就能得到正确结果了。整个过程的执行步骤是这样的：

$go build$$lsgo.mod    go.sum    main.go    module-mode*$./module-mode INFO[0000] hello, go module mode

好了，到这里，我们已经完成了一个有着多个第三方依赖的项目的构建了。但关于 Go Module 的操作还远不止这些。随着 Go 项目的演进，我们会在代码中导入新的第三方包，删除一些旧的依赖包，更新一些依赖包的版本等。

那么，在看到我们的 Go Module 机制会自动分析项目的依赖包，并选出最适合的版本后，不知道你会不会有这样的疑惑：项目所依赖的包有很多版本，Go Module 是如何选出最适合的那个版本的呢？要想回答这个问题，我们就需要深入到 Go Module 构建模式的工作原理中去。

深入 Go Module 构建模式

Go 语言设计者在设计 Go Module 构建模式，来解决“包依赖管理”的问题时，进行了几项创新，这其中就包括语义导入版本 (Semantic Import Versioning)，以及和其他主流语言不同的最小版本选择 (Minimal Version Selection) 等机制。只要你深入理解了这些机制，你就能真正掌握 Go Module 构建模式。

首先我们看一下 Go Module 的语义导入版本机制。在上面的例子中，我们看到 go.mod 的 require 段中依赖的版本号，都符合 vX.Y.Z 的格式。在 Go Module 构建模式下，一个符合 Go Module 要求的版本号，由前缀 v 和一个满足语义版本规范的版本号组成。你可以看看下面这张图，语义版本号分成 3 部分：主版本号 (major)、次版本号 (minor) 和补丁版本号 (patch)。例如上面的 logrus module 的版本号是 v1.8.1，这就表示它的主版本号为 1，次版本号为 8，补丁版本号为 1。

Go 命令和 go.mod 文件都使用上面这种符合语义版本规范的版本号，作为描述 Go Module 版本的标准形式。借助于语义版本规范，Go 命令可以确定同一 module 的两个版本发布的先后次序，而且可以确定它们是否兼容。按照语义版本规范，主版本号不同的两个版本是相互不兼容的。而且，在主版本号相同的情况下，次版本号大都是向后兼容次版本号小的版本。补丁版本号也不影响兼容性。

而且，Go Module 规定：如果同一个包的新旧版本是兼容的，那么它们的包导入路径应该是相同的。怎么理解呢？我们来举个简单示例。我们就以 logrus 为例，它有很多发布版本，我们从中选出两个版本 v1.7.0 和 v1.8.1.。按照上面的语义版本规则，这两个版本的主版本号相同，新版本 v1.8.1 是兼容老版本 v1.7.0 的。那么，我们就可以知道，如果一个项目依赖 logrus，无论它使用的是 v1.7.0 版本还是 v1.8.1 版本，它都可以使用下面的包导入语句导入 logrus 包：

import "github.com/sirupsen/logrus"

那么问题又来了，假如在未来的某一天，logrus 的作者发布了 logrus v2.0.0 版本。那么根据语义版本规则，该版本的主版本号为 2，已经与 v1.7.0、v1.8.1 的主版本号不同了，那么 v2.0.0 与 v1.7.0、v1.8.1 就是不兼容的包版本。然后我们再按照 Go Module 的规定，如果一个项目依赖 logrus v2.0.0 版本，那么它的包导入路径就不能再与上面的导入方式相同了。那我们应该使用什么方式导入 logrus v2.0.0 版本呢？Go Module 创新性地给出了一个方法：将包主版本号引入到包导入路径中，我们可以像下面这样导入 logrus v2.0.0 版本依赖包：

import "github.com/sirupsen/logrus/v2"

这就是 Go 的“语义导入版本”机制，也就是说通过在包导入路径中引入主版本号的方式，来区别同一个包的不兼容版本，这样一来我们甚至可以同时依赖一个包的两个不兼容版本：

import (    "github.com/sirupsen/logrus"    logv2 "github.com/sirupsen/logrus/v2")

不过到这里，你可能会问，v0.y.z 版本应该使用哪种导入路径呢？按照语义版本规范的说法，v0.y.z 这样的版本号是用于项目初始开发阶段的版本号。在这个阶段任何事情都有可能发生，其 API 也不应该被认为是稳定的。Go Module 将这样的版本 (v0) 与主版本号 v1 做同等对待，也就是采用不带主版本号的包导入路径，这样一定程度降低了 Go 开发人员使用这样版本号包时的心智负担。

Go 语义导入版本机制是 Go Module 机制的基础规则，同样它也是 Go Module 其他规则的基础。接下来，我们再来看一下 Go Module 的最小版本选择原则。

在前面的例子中，Go 命令都是在项目初始状态分析项目的依赖，并且项目中两个依赖包之间没有共同的依赖，这样的包依赖关系解决起来还是比较容易的。但依赖关系一旦复杂起来，比如像下图中展示的这样，Go 又是如何确定使用依赖包 C 的哪个版本的呢？

在这张图中，myproject 有两个直接依赖 A 和 B，A 和 B 有一个共同的依赖包 C，但 A 依赖 C 的 v1.1.0 版本，而 B 依赖的是 C 的 v1.3.0 版本，并且此时 C 包的最新发布版为 C v1.7.0。这个时候，Go 命令是如何为 myproject 选出间接依赖包 C 的版本呢？选出的究竟是 v1.7.0、v1.1.0 还是 v1.3.0 呢？你可以暂停一两分钟思考一下。其实，当前存在的主流编程语言，以及 Go Module 出现之前的很多 Go 包依赖管理工具都会选择依赖项的“最新最大 (Latest Greatest) 版本”，对应到图中的例子，这个版本就是 v1.7.0。

当然了，理想状态下，如果语义版本控制被正确应用，并且这种“社会契约”也得到了很好的遵守，那么这种选择算法是有道理的，而且也可以正常工作。在这样的情况下，依赖项的“最新最大版本”应该是最稳定和安全的版本，并且应该有向后兼容性。至少在相同的主版本 (Major Verion) 依赖树中是这样的。

但我们这个问题的答案并不是这样的。Go 设计者另辟蹊径，在诸多兼容性版本间，他们不光要考虑最新最大的稳定与安全，还要尊重各个 module 的述求：A 明明说只要求 C v1.1.0，B 明明说只要求 C v1.3.0。所以 Go 会在该项目依赖项的所有版本中，选出符合项目整体要求的“最小版本”。

这个例子中，C v1.3.0 是符合项目整体要求的版本集合中的版本最小的那个，于是 Go 命令选择了 C v1.3.0，而不是最新最大的 C v1.7.0。并且，Go 团队认为“最小版本选择”为 Go 程序实现持久的和可重现的构建提供了最佳的方案。

了解了语义导入版本与最小版本选择两种机制后，你就可以说你已经掌握了 Go Module 的精髓。但很多 Go 开发人员的起点，并非是默认开启 Go Module 构建模式的 Go 1.16 版本，多数 Go 开发人使用的环境中都存在着多套 Go 版本，有用于体验最新功能特性的 Go 版本，也有某些遗留项目所使用的老版本 Go 编译器。

它们工作时采用的构建模式是不一样的，并且即便是引入 Go Module 的 Go 1.11 版本，它的 Go Module 机制，和后续进化后的 Go 版本的 Go Module 构建机制在表现行为上也有所不同。因此 Go 开发人员可能需要经常在各个 Go 版本间切换。而明确具体版本下 Go Module 的实际表现行为对 Go 开发人员是十分必要的。