19-错误处理（下）：如何设计错误包？

 

 

业界有很多优秀的、开源的错误包可供选择，例如Go标准库自带的errors包、github.com/pkg/errors包。 

错误包需要具有哪些功能？

 在我看来，至少需要有下面这六个功能：

首先，应该能支持错误堆栈。 假设保存在bad.go文件中：

package mainimport ("fmt""log"
)func main() {if err := funcA(); err != nil {log.Fatalf("call func got failed: %v", err)return}log.Println("call func success")
}func funcA() error {if err := funcB(); err != nil {return err}return fmt.Errorf("func called error")
}func funcB() error {return fmt.Errorf("func called error")
}

执行上面的代码：

$ go run bad.go
2021/07/02 08:06:55 call func got failed: func called error
exit status 1

 为了解决这个问题，我们可以加一些Debug信息，来协助我们定位问题。这样做在测试环境是没问题的，但是在线上环境，一方面修改、发布都比较麻烦，另一方面问题可能比较难重现。这时候我们会想，要是能打印错误的堆栈就好了。例如：

2021/07/02 14:17:03 call func got failed: func called error
main.funcB/home/colin/workspace/golang/src/github.com/marmotedu/gopractise-demo/errors/good.go:27
main.funcA/home/colin/workspace/golang/src/github.com/marmotedu/gopractise-demo/errors/good.go:19
main.main/home/colin/workspace/golang/src/github.com/marmotedu/gopractise-demo/errors/good.go:10
runtime.main/home/colin/go/go1.16.2/src/runtime/proc.go:225
runtime.goexit/home/colin/go/go1.16.2/src/runtime/asm_amd64.s:1371
exit status 1

 

其次，能够支持不同的打印格式。例如%+v、%v、%s等格式，可以根据需要打印不同丰富度的错误信息。

再次，能支持Wrap/Unwrap功能，也就是在已有的错误上，追加一些新的信息。例如errors.Wrap(err, "open file failed") 。Wrap通常用在调用函数中，调用函数可以基于被调函数报错时的错误Wrap一些自己的信息，丰富报错信息，方便后期的错误定位，例如：

func funcA() error {if err := funcB(); err != nil {return errors.Wrap(err, "call funcB failed")}return errors.New("func called error")
}func funcB() error {return errors.New("func called error")
}

 

还有，错误包应该有Is方法。在实际开发中，我们经常需要判断某个error是否是指定的error。在Go 1.13之前，也就是没有wrapping error的时候，我们要判断error是不是同一个，可以使用如下方法：

if err == os.ErrNotExist {// normal code
}

 这种情况下，我们的错误包就需要提供Is函数：

func Is(err, target error) bool

当err和target是同一个，或者err是一个wrapping error的时候，如果target也包含在这个嵌套error链中，返回true，否则返回fasle。

另外，错误包应该支持 As 函数。

在Go 1.13之前，没有wrapping error的时候，我们要把error转为另外一个error，一般都是使用type assertion或者type switch，也就是类型断言。例如：

if perr, ok := err.(*os.PathError); ok {fmt.Println(perr.Path)
}

但是现在，返回的err可能是嵌套的error，甚至好几层嵌套，这种方式就不能用了。所以，我们可以通过实现 As 函数来完成这种功能。现在我们把上面的例子，用 As 函数实现一下：

var perr *os.PathError
if errors.As(err, &perr) {fmt.Println(perr.Path)
}

这样就可以完全实现类型断言的功能，而且还更强大，因为它可以处理wrapping error。

最后，能够支持两种错误创建方式：非格式化创建和格式化创建。例如：

errors.New("file not found")
errors.Errorf("file %s not found", "iam-apiserver")

 所以，我基于github.com/pkg/errors包进行了二次封装，用来支持上一讲所介绍的错误码。

错误包实现

明确优秀的错误包应该具备的功能后，我们来看下错误包的实现。实现的源码存放在github.com/marmotedu/errors。

我通过在文件github.com/pkg/errors/errors.go中增加新的withCode结构体，该错误类型可以记录错误码、stack、cause和具体的错误信息。

type withCode struct {err   error // error 错误code  int // 业务错误码cause error // cause error*stack // 错误堆栈
}

下面，我们通过一个示例，来了解下github.com/marmotedu/errors所提供的功能。假设下述代码保存在errors.go文件中：

package mainimport ("fmt""github.com/marmotedu/errors"code "github.com/marmotedu/sample-code"
)func main() {if err := bindUser(); err != nil {// %s: Returns the user-safe error string mapped to the error code or the error message if none is specified.fmt.Println("====================> %s <====================")fmt.Printf("%s\n\n", err)// %v: Alias for %s.fmt.Println("====================> %v <====================")fmt.Printf("%v\n\n", err)// %-v: Output caller details, useful for troubleshooting.fmt.Println("====================> %-v <====================")fmt.Printf("%-v\n\n", err)// %+v: Output full error stack details, useful for debugging.fmt.Println("====================> %+v <====================")fmt.Printf("%+v\n\n", err)// %#-v: Output caller details, useful for troubleshooting with JSON formatted output.fmt.Println("====================> %#-v <====================")fmt.Printf("%#-v\n\n", err)// %#+v: Output full error stack details, useful for debugging with JSON formatted output.fmt.Println("====================> %#+v <====================")fmt.Printf("%#+v\n\n", err)// do some business process based on the error typeif errors.IsCode(err, code.ErrEncodingFailed) {fmt.Println("this is a ErrEncodingFailed error")}if errors.IsCode(err, code.ErrDatabase) {fmt.Println("this is a ErrDatabase error")}// we can also find the cause errorfmt.Println(errors.Cause(err))}
}func bindUser() error {if err := getUser(); err != nil {// Step3: Wrap the error with a new error message and a new error code if needed.return errors.WrapC(err, code.ErrEncodingFailed, "encoding user 'Lingfei Kong' failed.")}return nil
}func getUser() error {if err := queryDatabase(); err != nil {// Step2: Wrap the error with a new error message.return errors.Wrap(err, "get user failed.")}return nil
}func queryDatabase() error {// Step1. Create error with specified error code.return errors.WithCode(code.ErrDatabase, "user 'Lingfei Kong' not found.")
}

上述代码中，通过WithCode函数来创建新的withCode类型的错误；通过WrapC来将一个error封装成一个withCode类型的错误；通过IsCode来判断一个error链中是否包含指定的code。

withCode错误实现了一个func (w *withCode) Format(state fmt.State, verb rune)方法，该方法用来打印不同格式的错误信息，见下表：

例如，%+v会打印以下错误信息：

get user failed. - #1 [/home/colin/workspace/golang/src/github.com/marmotedu/gopractise-demo/errors/errortrack_errors.go:19 (main.getUser)] (100101) Database error; user 'Lingfei Kong' not found. - #0 [/home/colin/workspace/golang/src/github.com/marmotedu/gopractise-demo/errors/errortrack_errors.go:26 (main.queryDatabase)] (100101) Database error

 这里我简单解释一下。

首先， withCode 中包含了int类型的错误码，例如100101。

其次，当使用github.com/marmotedu/errors包的时候，需要调用Register或者MustRegister，将一个Coder注册到github.com/marmotedu/errors开辟的内存中，数据结构为：

var codes = map[int]Coder{}

Coder是一个接口，定义为：

type Coder interface {// HTTP status that should be used for the associated error code.HTTPStatus() int// External (user) facing error text.String() string// Reference returns the detail documents for user.Reference() string// Code returns the code of the coderCode() int
}

这样 withCode 的Format方法，就能够通过 withCode 中的code字段获取到对应的Coder，并通过Coder提供的HTTPStatus、String、Reference、Code函数，来获取 withCode 中code的详细信息，最后格式化打印。

这里要注意，我们实现了两个注册函数：Register和MustRegister，二者唯一区别是：当重复定义同一个错误Code时，MustRegister会panic 

XXX()和MustXXX()的函数命名方式，是一种Go代码设计技巧

最后，我还有一个建议：在实际的生产环境中，我们可以使用JSON格式打印日志，JSON格式的日志可以非常方便的供日志系统解析。我们可以根据需要，选择%#-v或%#+v两种格式。

错误包在代码中，经常被调用，所以我们要保证错误包一定要是高性能的，否则很可能会影响接口的性能。这里，我们再来看下github.com/marmotedu/errors包的性能。

在这里，我们把这个错误包跟go标准库的 errors 包，以及 github.com/pkg/errors 包进行对比，来看看它们的性能：

$  go test -test.bench=BenchmarkErrors -benchtime="3s"
goos: linux
goarch: amd64
pkg: github.com/marmotedu/errors
BenchmarkErrors/errors-stack-10-8         	57658672	        61.8 ns/op	      16 B/op	       1 allocs/op
BenchmarkErrors/pkg/errors-stack-10-8     	 2265558	      1547 ns/op	     320 B/op	       3 allocs/op
BenchmarkErrors/marmot/errors-stack-10-8  	 1903532	      1772 ns/op	     360 B/op	       5 allocs/op
BenchmarkErrors/errors-stack-100-8        	 4883659	       734 ns/op	      16 B/op	       1 allocs/op
BenchmarkErrors/pkg/errors-stack-100-8    	 1202797	      2881 ns/op	     320 B/op	       3 allocs/op
BenchmarkErrors/marmot/errors-stack-100-8 	 1000000	      3116 ns/op	     360 B/op	       5 allocs/op
BenchmarkErrors/errors-stack-1000-8       	  505636	      7159 ns/op	      16 B/op	       1 allocs/op
BenchmarkErrors/pkg/errors-stack-1000-8   	  327681	     10646 ns/op	     320 B/op	       3 allocs/op
BenchmarkErrors/marmot/errors-stack-1000-8         	  304160	     11896 ns/op	     360 B/op	       5 allocs/op
PASS
ok  	github.com/marmotedu/errors	39.200s

可以看到github.com/marmotedu/errors和github.com/pkg/errors包的性能基本持平。在对比性能时，重点关注ns/op，也即每次error操作耗费的纳秒数。另外，我们还需要测试不同error嵌套深度下的error操作性能，嵌套越深，性能越差。例如：在嵌套深度为10的时候， github.com/pkg/errors 包ns/op值为1547， github.com/marmotedu/errors 包ns/op值为1772。可以看到，二者性能基本保持一致。

具体性能数据对比见下表：

我们是通过BenchmarkErrors测试函数来测试error包性能的，你感兴趣可以打开链接看看。

如何记录错误？

上面，我们一起看了怎么设计一个优秀的错误包，那如何用我们设计的错误包来记录错误呢？

根据我的开发经验，我推荐两种记录错误的方式，可以帮你快速定位问题。

方式一：通过github.com/marmotedu/errors包提供的错误堆栈能力，来跟踪错误。

具体你可以看看下面的代码示例。以下代码保存在errortrack_errors.go中。

package mainimport ("fmt""github.com/marmotedu/errors"code "github.com/marmotedu/sample-code"
)func main() {if err := getUser(); err != nil {fmt.Printf("%+v\n", err)}
}func getUser() error {if err := queryDatabase(); err != nil {return errors.Wrap(err, "get user failed.")}return nil
}func queryDatabase() error {return errors.WithCode(code.ErrDatabase, "user 'Lingfei Kong' not found.")
}

执行上述的代码：

$ go run errortrack_errors.go
get user failed. - #1 [/home/colin/workspace/golang/src/github.com/marmotedu/gopractise-demo/errors/errortrack_errors.go:19 (main.getUser)] (100101) Database error; user 'Lingfei Kong' not found. - #0 [/home/colin/workspace/golang/src/github.com/marmotedu/gopractise-demo/errors/errortrack_errors.go:26 (main.queryDatabase)] (100101) Database error

可以看到，打印的日志中打印出了详细的错误堆栈，包括错误发生的函数、文件名、行号和错误信息，通过这些错误堆栈，我们可以很方便地定位问题。

你使用这种方法时，我推荐的用法是，在错误最开始处使用 errors.WithCode() 创建一个 withCode类型的错误。上层在处理底层返回的错误时，可以根据需要，使用Wrap函数基于该错误封装新的错误信息。如果要包装的error不是用github.com/marmotedu/errors包创建的，建议用 errors.WithCode() 新建一个error。

方式二：在错误产生的最原始位置调用日志包记录函数，打印错误信息，其他位置直接返回（当然，也可以选择性的追加一些错误信息，方便故障定位）。示例代码（保存在errortrack_log.go）如下：

package mainimport ("fmt""github.com/marmotedu/errors""github.com/marmotedu/log"code "github.com/marmotedu/sample-code"
)func main() {if err := getUser(); err != nil {fmt.Printf("%v\n", err)}
}func getUser() error {if err := queryDatabase(); err != nil {return err}return nil
}func queryDatabase() error {opts := &log.Options{Level:            "info",Format:           "console",EnableColor:      true,EnableCaller:     true,OutputPaths:      []string{"test.log", "stdout"},ErrorOutputPaths: []string{},}log.Init(opts)defer log.Flush()err := errors.WithCode(code.ErrDatabase, "user 'Lingfei Kong' not found.")if err != nil {log.Errorf("%v", err)}return err
}

执行以上代码：

$ go run errortrack_log.go
2021-07-03 14:37:31.597	ERROR	errors/errortrack_log.go:41	Database error
Database error

当错误发生时，调用log包打印错误。通过log包的caller功能，可以定位到log语句的位置，也就是定位到错误发生的位置。你使用这种方式来打印日志时，我有两个建议。

  • 只在错误产生的最初位置打印日志，其他地方直接返回错误，一般不需要再对错误进行封装。
  • 当代码调用第三方包的函数时，第三方包函数出错时打印错误信息。比如：
if err := os.Chdir("/root"); err != nil {log.Errorf("change dir failed: %v", err)
}

一个错误码的具体实现

接下来，我们看一个依据上一讲介绍的错误码规范的具体错误码实现github.com/marmotedu/sample-code。

sample-code实现了两类错误码，分别是通用错误码（sample-code/base.go）和业务模块相关的错误码（sample-code/apiserver.go）。

首先，我们来看通用错误码的定义：

// 通用: 基本错误
// Code must start with 1xxxxx
const (// ErrSuccess - 200: OK.ErrSuccess int = iota + 100001// ErrUnknown - 500: Internal server error.ErrUnknown// ErrBind - 400: Error occurred while binding the request body to the struct.ErrBind// ErrValidation - 400: Validation failed.ErrValidation// ErrTokenInvalid - 401: Token invalid.ErrTokenInvalid
)

在代码中，我们通常使用整型常量（ErrSuccess）来代替整型错误码（100001），因为使用ErrSuccess时，一看就知道它代表的错误类型，可以方便开发者使用。

错误码用来指代一个错误类型，该错误类型需要包含一些有用的信息，例如对应的HTTP Status Code、对外展示的Message，以及跟该错误匹配的帮助文档。所以，我们还需要实现一个Coder来承载这些信息。这里，我们定义了一个实现了github.com/marmotedu/errors.Coder接口的ErrCode结构体：

// ErrCode implements `github.com/marmotedu/errors`.Coder interface.
type ErrCode struct {// C refers to the code of the ErrCode.C int// HTTP status that should be used for the associated error code.HTTP int// External (user) facing error text.Ext string// Ref specify the reference document.Ref string
}

可以看到ErrCode结构体包含了以下信息：

  • int类型的业务码。
  • 对应的HTTP Status Code。
  • 暴露给外部用户的消息。
  • 错误的参考文档。

下面是一个具体的Coder示例：

coder := &ErrCode{C:    100001,HTTP: 200,Ext:  "OK",Ref:  "https://github.com/marmotedu/sample-code/blob/master/README.md",
}

接下来，我们就可以调用github.com/marmotedu/errors包提供的Register或者MustRegister函数，将Coder注册到github.com/marmotedu/errors包维护的内存中。

一个项目有很多个错误码，如果每个错误码都手动调用MustRegister函数会很麻烦，这里我们通过代码自动生成的方法，来生成register函数调用：

//go:generate codegen -type=int
//go:generate codegen -type=int -doc -output ./error_code_generated.md

//go:generate codegen -type=int 会调用codegen工具，生成sample_code_generated.go源码文件：

func init() {register(ErrSuccess, 200, "OK")register(ErrUnknown, 500, "Internal server error")register(ErrBind, 400, "Error occurred while binding the request body to the struct")register(ErrValidation, 400, "Validation failed")// other register function call
}

这些register调用放在init函数中，在加载程序的时候被初始化。

这里要注意，在注册的时候，我们会检查HTTP Status Code，只允许定义200、400、401、403、404、500这6个HTTP错误码。这里通过程序保证了错误码是符合HTTP Status Code使用要求的。

//go:generate codegen -type=int -doc -output ./error_code_generated.md会生成错误码描述文档 error_code_generated.md。当我们提供API文档时，也需要记着提供一份错误码描述文档，这样客户端才可以根据错误码，知道请求是否成功，以及具体发生哪类错误，好针对性地做一些逻辑处理。

codegen工具会根据错误码注释生成sample_code_generated.go和error_code_generated.md文件：

// ErrSuccess - 200: OK.ErrSuccess int = iota + 100001

codegen工具之所以能够生成sample_code_generated.go和error_code_generated.md，是因为我们的错误码注释是有规定格式的：// <错误码整型常量> - <对应的HTTP Status Code>: <External Message>.。

codegen工具可以在IAM项目根目录下，执行以下命令来安装：

$ make tools.install.codegen

安装完 codegen 工具后，可以在 github.com/marmotedu/sample-code 包根目录下执行 go generate 命令，来生成sample_code_generated.go和error_code_generated.md。这里有个技巧需要你注意：生成的文件建议统一用 xxxx_generated.xx 来命名，这样通过 generated ，我们就知道这个文件是代码自动生成的，有助于我们理解和使用。

在实际的开发中，我们可以将错误码独立成一个包，放在 internal/pkg/code/目录下，这样可以方便整个应用调用。例如IAM的错误码就放在IAM项目根目录下的internal/pkg/code/目录下。

我们的错误码是分服务和模块的，所以这里建议你把相同的服务放在同一个Go源文件中，例如IAM的错误码存放文件：

$ ls base.go apiserver.go authzserver.go 
apiserver.go  authzserver.go  base.go

一个应用中会有多个服务，例如IAM应用中，就包含了iam-apiserver、iam-authz-server、iam-pump三个服务。 

另外，同一个服务中不同模块的错误码，可以按以下格式来组织：相同模块的错误码放在同一个const代码块中，不同模块的错误码放在不同的const代码块中。每个const代码块的开头注释就是该模块的错误码定义。例如：

// iam-apiserver: user errors.
const (// ErrUserNotFound - 404: User not found.ErrUserNotFound int = iota + 110001// ErrUserAlreadyExist - 400: User already exist.ErrUserAlreadyExist
)// iam-apiserver: secret errors.
const (// ErrEncrypt - 400: Secret reach the max count.ErrReachMaxCount int = iota + 110101//  ErrSecretNotFound - 404: Secret not found.ErrSecretNotFound
)

最后，我们还需要将错误码定义记录在项目的文件中，供开发者查阅、遵守和使用，例如IAM项目的错误码定义记录文档为code_specification.md。这个文档中记录了错误码说明、错误描述规范和错误记录规范等。

错误码实际使用方法示例

 我就举一个在 gin web 框架中使用该错误码的例子：

// Response defines project response format which in marmotedu organization.
type Response struct {Code      errors.Code `json:"code,omitempty"`Message   string      `json:"message,omitempty"`Reference string      `json:"reference,omitempty"`Data      interface{} `json:"data,omitempty"`
}// WriteResponse used to write an error and JSON data into response.
func WriteResponse(c *gin.Context, err error, data interface{}) {if err != nil {coder := errors.ParseCoder(err)c.JSON(coder.HTTPStatus(), Response{Code:      coder.Code(),Message:   coder.String(),Reference: coder.Reference(),Data:      data,})}c.JSON(http.StatusOK, Response{Data: data})
}func GetUser(c *gin.Context) {log.Info("get user function called.", "X-Request-Id", requestid.Get(c))// Get the user by the `username` from the database.user, err := store.Client().Users().Get(c.Param("username"), metav1.GetOptions{})if err != nil {core.WriteResponse(c, code.ErrUserNotFound.Error(), nil)return}core.WriteResponse(c, nil, user)
}

上述代码中，通过WriteResponse统一处理错误。在 WriteResponse 函数中，如果err != nil，则从error中解析出Coder，并调用Coder提供的方法，获取错误相关的Http Status Code、int类型的业务码、暴露给用户的信息、错误的参考文档链接，并返回JSON格式的信息。如果 err == nil 则返回200和数据。

 

课后练习

  1. 在这门课里，我们定义了base、iam-apiserver服务的错误码，请试着定义iam-authz-server服务的错误码，并生成错误码文档。
  2. 思考下，这门课的错误包和错误码设计能否满足你当前的项目需求，如果觉得不能满足，可以在留言区分享你的看法。

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