badcasedaily1 2 ноя 2024 в 04:24

Строим микрокernel на Golang

6 мин

3.3K

Привет, Хабр! Сегодня рассмотрим, как построить гибкую и масштабируемую систему с использованием микрокernel архитектуры на Golang.

Перед тем как взяться за код, разберёмся, о чём вообще идёт речь. Микрокernel — это архитектурный стиль, при котором минимальное ядро системы отвечает за основные функции: управление процессами, памятью, коммуникациями и т. д., а всё остальное делегируется в виде отдельных модулей или сервисов.

Почему стоит использовать микрокernel? Простота модификации, высокая степень изоляции компонентов и легкость масштабирования — лишь малая часть преимуществ.

Начнём с основ: структура проекта

Для начала создадим базовую структуру нашего проекта. В Go всё проще, чем кажется. Предлагаю следующую организацию:

microkernel/
├── main.go
├── kernel/
│   └── kernel.go
├── modules/
│   ├── logger/
│   │   └── logger.go
│   └── auth/
│       └── auth.go
└── interfaces/
    └── module.go

main.go — точка входа приложения.

kernel/ — пакет ядра микрокernel.

modules/ — директория для всех модулей (например, логгер, аутентификация и т.д.).

interfaces/ — определение интерфейсов, которые должны реализовывать модули.

Определяем интерфейсы

Первым делом нужно определить, как модули будут взаимодействовать с ядром. Для этого создадим интерфейс в interfaces/module.go:

package interfaces

type Module interface {
    Init(kernel Kernel) error
    Start() error
    Stop() error
}

Этот интерфейс гарантирует, что каждый модуль сможет инициализироваться с ядром, запускаться и останавливаться.

А теперь определим интерфейс ядра в том же файле:

type Kernel interface {
    RegisterModule(name string, module Module) error
    GetModule(name string) (Module, error)
    Broadcast(event string, data interface{}) error
}

Теперь есть базовая договорённость о том, как ядро и модули будут общаться.

Реализуем ядро

Перейдём к ядру. В kernel/kernel.go создадим структуру ядра и реализуем интерфейс Kernel:

package kernel

import (
    "errors"
    "fmt"
    "sync"

    "../interfaces"
)

type Microkernel struct {
    modules map[string]interfaces.Module
    mu      sync.RWMutex
}

func New() *Microkernel {
    return &Microkernel{
        modules: make(map[string]interfaces.Module),
    }
}

func (k *Microkernel) RegisterModule(name string, module interfaces.Module) error {
    k.mu.Lock()
    defer k.mu.Unlock()

    if _, exists := k.modules[name]; exists {
        return fmt.Errorf("module %s already registered", name)
    }

    k.modules[name] = module
    return nil
}

func (k *Microkernel) GetModule(name string) (interfaces.Module, error) {
    k.mu.RLock()
    defer k.mu.RUnlock()

    module, exists := k.modules[name]
    if !exists {
        return nil, fmt.Errorf("module %s not found", name)
    }
    return module, nil
}

func (k *Microkernel) Broadcast(event string, data interface{}) error {
    // Простая реализация: просто выводим событие
    fmt.Printf("Broadcasting event: %s with data: %v\n", event, data)
    return nil
}

Создаём модули

Давайте теперь создадим пару модулей, чтобы понять, как всё это работает. Начнём с простого логгера.

Логгер

В modules/logger/logger.go:

package logger

import (
    "fmt"
    "../interfaces"
    "../kernel"
)

type LoggerModule struct {
    kernel interfaces.Kernel
}

func NewLogger() *LoggerModule {
    return &LoggerModule{}
}

func (l *LoggerModule) Init(k interfaces.Kernel) error {
    l.kernel = k
    fmt.Println("Logger module initialized")
    return nil
}

func (l *LoggerModule) Start() error {
    fmt.Println("Logger module started")
    // Можно подписаться на события ядра
    return nil
}

func (l *LoggerModule) Stop() error {
    fmt.Println("Logger module stopped")
    return nil
}

Аутентификация

В modules/auth/auth.go:

package auth

import (
    "fmt"
    "../interfaces"
    "../kernel"
)

type AuthModule struct {
    kernel interfaces.Kernel
}

func NewAuth() *AuthModule {
    return &AuthModule{}
}

func (a *AuthModule) Init(k interfaces.Kernel) error {
    a.kernel = k
    fmt.Println("Auth module initialized")
    return nil
}

func (a *AuthModule) Start() error {
    fmt.Println("Auth module started")
    // Например, инициализируем базу данных пользователей
    return nil
}

func (a *AuthModule) Stop() error {
    fmt.Println("Auth module stopped")
    return nil
}

Собираем всё вместе

Теперь, когда есть ядро и пару модулей, давайте соединим их в main.go:

package main

import (
    "fmt"
    "log"

    "./kernel"
    "./interfaces"
    "./modules/auth"
    "./modules/logger"
)

func main() {
    // Создаём ядро
    k := kernel.New()

    // Создаём модули
    loggerModule := logger.NewLogger()
    authModule := auth.NewAuth()

    // Регистрируем модули
    if err := k.RegisterModule("logger", loggerModule); err != nil {
        log.Fatalf("Error registering logger module: %v", err)
    }

    if err := k.RegisterModule("auth", authModule); err != nil {
        log.Fatalf("Error registering auth module: %v", err)
    }

    // Инициализируем модули
    if err := loggerModule.Init(k); err != nil {
        log.Fatalf("Error initializing logger module: %v", err)
    }

    if err := authModule.Init(k); err != nil {
        log.Fatalf("Error initializing auth module: %v", err)
    }

    // Запускаем модули
    if err := loggerModule.Start(); err != nil {
        log.Fatalf("Error starting logger module: %v", err)
    }

    if err := authModule.Start(); err != nil {
        log.Fatalf("Error starting auth module: %v", err)
    }

    // Пример использования ядра
    k.Broadcast("UserLoggedIn", map[string]string{
        "username": "john_doe",
    })

    // Останавливаем модули перед завершением
    if err := authModule.Stop(); err != nil {
        log.Fatalf("Error stopping auth module: %v", err)
    }

    if err := loggerModule.Stop(); err != nil {
        log.Fatalf("Error stopping logger module: %v", err)
    }

    fmt.Println("Microkernel system shutdown gracefully")
}

Расширим систему

Теперь сделаем систему чуть более круче. Пусть модули могут подписываться на события и реагировать на них. Для этого понадобится механизм подписки и уведомления.

Обновляем интерфейс Kernel

В interfaces/module.go добавим метод для обработки событий:

type Module interface {
    Init(kernel Kernel) error
    Start() error
    Stop() error
    HandleEvent(event string, data interface{}) error
}

Обновляем ядро

В kernel/kernel.go добавим поддержку подписчиков:

type Microkernel struct {
    modules     map[string]interfaces.Module
    subscribers map[string][]interfaces.Module
    mu          sync.RWMutex
}

func New() *Microkernel {
    return &Microkernel{
        modules:     make(map[string]interfaces.Module),
        subscribers: make(map[string][]interfaces.Module),
    }
}

func (k *Microkernel) Subscribe(event string, module interfaces.Module) {
    k.mu.Lock()
    defer k.mu.Unlock()
    k.subscribers[event] = append(k.subscribers[event], module)
}

func (k *Microkernel) Broadcast(event string, data interface{}) error {
    k.mu.RLock()
    defer k.mu.RUnlock()

    subscribers, exists := k.subscribers[event]
    if !exists {
        fmt.Printf("No subscribers for event: %s\n", event)
        return nil
    }

    for _, module := range subscribers {
        go func(m interfaces.Module) {
            if err := m.HandleEvent(event, data); err != nil {
                fmt.Printf("Error handling event %s in module: %v\n", event, err)
            }
        }(module)
    }

    return nil
}

subscribers: Хранит список модулей, подписанных на каждое событие.

Subscribe: Позволяет модулю подписаться на событие.

Broadcast: Рассылает событие всем подписчикам, выполняя их обработчики асинхронно.

Обновляем модули

Теперь модули могут обрабатывать события. Обновим LoggerModule, чтобы он логировал события:

func (l *LoggerModule) HandleEvent(event string, data interface{}) error {
    fmt.Printf("[Logger] Event received: %s with data: %v\n", event, data)
    return nil
}

И модуль AuthModule, чтобы он генерировал событие при успешной аутентификации:

func (a *AuthModule) Start() error {
    fmt.Println("Auth module started")
    // Имитация аутентификации пользователя
    go func() {
        // Пауза для имитации процесса
        time.Sleep(2 * time.Second)
        a.kernel.Broadcast("UserLoggedIn", map[string]string{
            "username": "john_doe",
        })
    }()
    return nil
}

Не забываем обновить импорты и добавить необходимые пакеты, например, time.

Запускаем и тестируем

После всех изменений, запустим наше приложение:

go run main.go

Ожидаемый вывод:

Logger module initialized
Auth module initialized
Logger module started
Auth module started
Broadcasting event: UserLoggedIn with data: map[username:john_doe]
[Logger] Event received: UserLoggedIn with data: map[username:john_doe]
Auth module stopped
Logger module stopped
Microkernel system shutdown gracefully

Модули инициализируются и запускаются. AuthModule через 2 секунды генерирует событие UserLoggedIn. LoggerModule получает и обрабатывает событие, логируя его.

Все модули корректно останавливаются.

Вот и все. Создали простую, но гибкую микрокernel систему на Golang, добавили модули, которые взаимодействуют между собой через ядро, и продемонстрировали, как легко расширять функционал.

Если у вас есть вопросы, пишите в комментариях!

Больше актуальных навыков по архитектуре приложений вы можете получить в рамках практических онлайн-курсов от экспертов отрасли. В каталоге можно посмотреть список всех программ, а в календаре — записаться на открытые уроки.

Хабы: