一、技术背景

1.1 程序的动态链接技术

在实际开发过程中，我们经常需要动态地更新程序的功能，或者在不变更程序主体文件的情况下添加或者更新程序模块。

1.1.1 动态链接库

.dll
  • 多个程序可以共享代码和数据。即多个程序加载同一个DLL文件。
  • 可以自然地将程序划分为若干个模块。每个模块输出为单独的DLL文件，由主程序加载执行。
  • 跨语言调用。由于DLL文件是语言无关的，一个DLL文件可以被多种编程语言加载执行。
  • 便于更新。在程序更新过程中，仅更新对应模块的DLL文件即可，无需重新部署整个程序。
  • 为热更新提供技术可能性。动态链接库可以通过编程手段实现加载和卸载，以此可以支持不重启程序的情况下更新模块。
  • 为程序提供编程接口。可以将自己程序的调用接口封装为DLL文件，供其他程序调用。

1.1.2 动态共享对象

.so

动态共享对象除了上述“动态链接库”的优势之外，也能解决由于Linux的开放性带来的底层接口兼容问题。即通过动态共享对象封装操作系统底层接口，对外提供统一的调用接口，以供上层应用程序调用。相当于提供了一层兼容层。

1.1.3 非编译语言的动态技术

非编译语言，由于本身是通过源代码发布，所以实现动态加载程序模块或者更新模块，直接修改源代码即可。思路简单且容易实现。

1.2 Golang 的动态技术

Golang作为编译型的开发语言，本身并不支持通过源代码实现动态加载和更新。但Golang官方提供了Plugin技术，实现动态加载。

通过在编译时添加参数，将Go程序编译为 Plugin：

但是此技术在当前版本（1.19）局限性非常大。通过其文档 https://pkg.go.dev/plugin 可知：

  • 平台限制，目前仅支持：Linux, FreeBSD 和 macOS
  • 卸载限制，仅支持动态加载，不支持动态卸载。
  • 不提供统一接口，只能通过反射处理Plugin内部的属性和函数。

并且上述问题，Golang官方并不打算解决……

二、Golang 的第三方解释器（Yaegi）

解释器一般只存在于脚本语言中，但是Traefik为了实现动态加载的插件功能，开发了一个Golang的解释器。提供了在运行时直接执行Golang源代码的能力。

2.1 使用场景

yaegi 项目官方推荐三种场景：

  • 内嵌解释器
  • 动态扩展框架
  • 命令行解释器

并且官方针对上述三种场景，均给出了相应的示例：

2.1.1 内嵌解释器

2.1.2 动态扩展框架

2.1.3 命令行解释器

Yaegi提供了一个命令行工具，实现了 读取-执行-显示 的循环。

2.2 数据交互

reflect.Value

2.2.1 数据输入

可以有（但不限于）下述四种方法：

  • 通过 os.Args 传入数据
  • 通过 环境变量 传入数据
  • 通过 赋值语句 传入数据
  • 通过 函数调用 传入数据

下面是我自己写的代码示例：

2.1.2 数据输出

从解释器获取数据，实际上是获取全局变量的值，可以通过下述方法：

  • Eval 方法直接获取
  • 通过函数调用获取
  • Global 方法获取所有全局变量

三、实现原理

就解释器的实现原理，各个语言都大差不差。Golang由于其强大的基础库，直接提供了构建抽象语法树（Abstract Syntax Tree）的能力。基于抽象语法树实现脚本解释器，就容易很多。

3.1 AST - 抽象语法树

在计算机科学中，抽象语法树（Abstract Syntax Tree，AST），或简称语法树（Syntax tree），是源代码语法结构的一种抽象表示。它以树状的形式表现编程语言的语法结构，树上的每个节点都表示源代码中的一种结构。

go/ast

3.1.1 抽象语法树示例

我们取Golang语法的子集进行示例：一个简单的条件表达式

抽象语法树长这样：

图形表示：

3.1.2 执行抽象语法树

简要说明一下如果要执行抽象语法树，应该怎么做：

执行过程与程序执行过程相似。先遍历声明列表，将已声明的内容初始化到堆内存（可以使用字典代替）。深度优先遍历抽象语法树，处理遍历过程中遇到的抽象对象，比如（举例而已，实际可能有出入）：

  • 初始化堆内存和执行栈。
  • 遍历声明部分，写入堆，等待调用。
  • 找到主函数声明，主函数入栈，遍历其函数体语句，逐语句进行深度优先遍历执行。

    遇到变量定义，则写入栈顶缓存。

    遇到函数调用，则函数入栈。从堆中寻找函数定义，遍历其函数体语句，递归执行语句。

    遇到变量使用，依次从下述位置获取值：栈顶缓存 -> 堆内存

    遇到表达式，递归执行表达式。

    函数体执行结束后出栈，出栈后将返回值写入栈顶缓存。

  • 上述递归过程完成，程序结束。

上述是简单的执行过程，并未处理特殊语法和语法糖，各个语言的语法定义均有不同，需要单独处理。比如，Golang支持的语法可以参考：https://pkg.go.dev/go/ast

若能对其中定义的所有语法进行处理，就可以实现golang的脚本解释器。

对于上面（3.1.1）的那个简单示例，可以通过下述代码直接执行：

（不处理函数，只处理括号和有限的操作符。也未定义执行栈，堆内存使用全局变量Args代替）

执行结果：

A==1 && (B>1 || C<1) => true

A!=1 && (B>1 || (C<1 && A>2)) => false