本文基于golang 1.11源码进行分析。先演示用法和注意事项，再深入源码分析原理。
在golang中，接口本身也是一种类型，它代表的是一个方法的集合。任何类型只要实现了接口中声明的所有方法，那么该类就实现了该接口。与其他语言不同，golang并不需要显示声明类型实现了某个接口，而是由编译器和runtime进行检查。不用显示什么这点非常棒，这样就无侵入非常方便。
1 使用
1.1 声明
type 接口名 interface {
方法1
方法2
...
方法n
}
type 接口名 interface {
已声明接口名1
...
已声明接口名n
}如果一个接口不包含任何方法，那么就是一个空接口（empty interface），所有类型都符合empty interface的定义，因此任何类型都能转换成empty interface，可以看到常常使用empty interface来实现多态，例如之前我们分析过的map源码。
对于接口的命名，一般我们都是以er结尾，例如Writer、Reader等等。
1.2 实现接口
我们看个例子:
package main
import ( "fmt")type Tester interface {
Display()
DisplayAppend(string)
DisplayAppend2(string) string
}type Tester2 interface {
DisplayAppend(string)
}type Test struct {
s string
}
func (t *Test) Display() {
fmt.Printf("Display:%p, %#v\n", t ,t)
}
func (t Test) DisplayAppend(s string) {
t.s += s
fmt.Printf("DisplayAppend:%p, %#v\n", &t, t)
}
func (t *Test) DisplayAppend2 (s string) string {
t.s += s
fmt.Printf("DisplayAppend2:%p, %#v\n", t, t) return t.s
}
func TestInterface(t Tester) {
t.Display()
t.DisplayAppend(" TestInterface")
t.DisplayAppend2(" TestInterface")
}
func TestInterface2(t Tester2) {
t.DisplayAppend("TestInterface2")
}
func main() {
var test Test
test.s = "aaa"
fmt.Printf("%p\n", &test)
test.Display()
test.DisplayAppend(" raw")
TestInterface(&test)
//TestInterface(test) //cannot use test (type Test) as type Tester in argument to TestInterface:Test does not implement Tester (Display method has pointer receiver)
TestInterface2(&test)
TestInterface2(test)
}输出
0xc42000e1e0
Display:0xc42000e1e0, &main.Test{s:"aaa"}
DisplayAppend:0xc42000e200, main.Test{s:"aaa raw"}
Display:0xc42000e1e0, &main.Test{s:"aaa"}
DisplayAppend:0xc42000e230, main.Test{s:"aaa TestInterface"}
DisplayAppend2:0xc42000e1e0, &main.Test{s:"aaa TestInterface"}
DisplayAppend:0xc42000e260, main.Test{s:"aaa TestInterfaceTestInterface2"}
DisplayAppend:0xc42000e290, main.Test{s:"aaa TestInterfaceTestInterface2"}
在这个例子中，我们定义了一个类型Test，Test类型有三个方法，两个方法的接受者是*Test，一个方法的接受者是Test；定义两个接口类型，Tester和Tester2 ，Tester有三个Test中的同名方法，Tester2中只有接受者是Test的同名方法。然后有TestInterface函数，入参是Tester，TestInterface2函数入参是Tester2。
从编译和运行结果可以看到，TestInterface函数入参只能填Test类型，TestInterface2入参既可以是Test也可以是*Test。TestInterface传入Test类型变量test时，编译报错:
cannot use test (type Test1) as type Tester in argument to TestInterface:Test1 does not implement Tester (Display method has pointer receiver)
意思是说test并没有实现Tester的Display接口，因为golang中，类型T只有接受者是T的方法，语法中T能直接调*T的方法仅仅是语法糖；而类型*T拥有接受者是T和*T的方法。
1.3 类型判断
传入参数接口的时候，如果我们希望确切知道它具体类型，那么就要用到类型判断了。有两种类型判断方法：
变量.(类型) //判断是不是某个具体类型switch 变量.(type) //返回具体类型,必须搭配swith语句
talk is cheap，看代码:
package mainimport ( "fmt")type Tester interface {
Display()
DisplayAppend(string)
DisplayAppend2(string) string}
type Tester2 interface {
DisplayAppend(string)
}
type Test1 struct {
s string}
func (t *Test1) Display() {
fmt.Printf("Display:%p, %#v\n", t ,t)
}
func (t Test1) DisplayAppend(s string) {
t.s += s
fmt.Printf("DisplayAppend:%p, %#v\n", &t, t)
}
func (t *Test1) DisplayAppend2 (s string) string {
t.s += s
fmt.Printf("DisplayAppend2:%p, %#v\n", t, t) return t.s
}
func TestInterface(t Tester) {
t.Display()
t.DisplayAppend(" TestInterface")
t.DisplayAppend2(" TestInterface")
}
func TestInterface2(t Tester2) {
t.DisplayAppend("TestInterface2")
}
func Printf(t interface{}) { if v, ok := t.(int); ok {
v = 2
fmt.Printf("type[%T] %v %v\n", v, v, t)
}
if v, ok := t.(int32);ok {
fmt.Printf("type[%T] %v\n", v, v)
}
if v, ok := t.(int64); ok {
fmt.Printf("type[%T] %v\n", v, v)
}
if v, ok := t.(Tester2); ok {
fmt.Printf("type[%T] %v\n", v, v)
} if v, ok := t.(Tester); ok {
fmt.Printf("type[%T] %v\n", v, v)
}
}func Printf2(v interface{}) {
fmt.Printf("%p %v\n", &v, v) switch v := v.(type) { case nil:
fmt.Printf("type[%T] %v\n", v, v) case int:
fmt.Printf("%p %v\n", &v, v)
fmt.Printf("type[%T] %v\n", v, v) case int64:
fmt.Printf("type[%T] %v\n", v, v) case string:
fmt.Printf("type[%T] %v\n", v, v) case Tester:
fmt.Printf("tester type[%T] %v\n", v, v) case Tester2:
fmt.Printf("tester2 type[%T] %v\n", v, v) default:
fmt.Printf("unknow\n")
}
}
func main() {
var i int64 = 1
Printf(i)
var i2 int = 1
Printf(i2)
var test Test1
Printf(test)
Printf(&test)
fmt.Printf("------------\n")
Printf2(i2)
Printf2(test)
Printf2(&test)
}输出
type[int64] 1
type[int] 2 1
type[main.Test1] {}
type[main.Test1] &{}
type[main.Test1] &{}
------------
0xc42000e220 1
0xc4200160b8 1
type[int] 1
0xc42000e240 {}
tester2 type[main.Test1] {}
0xc42000e250 &{}
tester type[*main.Test1] &{}
从这里我们可以看出两个点：
对于判断接口，只要实现该接口就能匹配上
类型判断返回也是按值复制，修改返回的value，不影响原来的值
接口的匹配，是严格的匹配，并不是说接口1能转换成接口2他们就能匹配上
golang中，我们经常用类型判断来判断特定的错误。
1.4 接口的值
接口的值简单来说，是由两部分组成的，就是类型和数据，详细的组成会在下面的实现章节中说明。
那么判断两个接口是相等，就是看他们的这两部分是否相等；另外类型和数据都为nil才代表接口是nil，eg：
var a interface{}
var b interface{} = (*int)(nil)
fmt.Println(a == nil, b == nil) //true false这点很重要，很多人在实现error接口的时候判断错误，下面我们看个例子：
type MyError struct{}
func (*MyError) Error() string { return "my error"}
func TestError(x int) (int, error) {
var err *MyError if x < 0 {
err = new(MyError)
} return x, err
}
func main() {
var err error
_, err = TestError(10)
fmt.Println(err == nil) //false}在x大于0时，TestError中的err是nil，返回的时候，转换成error类型，那么类型就是(*MyError)，值是nil，由于类型不是nil，所以最终返回给调用方的总是失败。
2 实现
如前面所说，golang中你不需要声明一个类型实现了那些接口，这带来了方便，但是实现上会比那些需要声明的语言更加复杂。golang的接口检测既有静态部分，也有动态部分。
静态部分
对于具体类型(concrete type,包括自定义类型) -> interface，编译器生成对应的itab放到ELF的.rodata段，后续要获取itab时，直接把指针指向存在.rodata的相关偏移地址即可。具体实现可以看golang的提交日志CL 20901、CL 20902。
对于interface->具体类型(concrete type,包括自定义类型)，编译器提取相关字段进行比较，并生成值动态部分
在runtime中会有一个全局的hash表，记录了相应type->interface类型转换的itab，进行转换时候，先到hash表中查，如果有就返回成功；如果没有，就检查这两种类型能否转换，能就插入到hash表中返回成功，不能就返回失败。注意这里的hash表不是go中的map，而是一个最原始的使用数组的hash表，使用开放地址法来解决冲突。主要是interface <-> interface（接口赋值给接口、接口转换成另一接口）使用到动态生产itab。
2.1 结构
interface结构图
2.1.1 接口类型的结构 interfacetype
type interfacetype struct {
typ _type
pkgpath name
mhdr []imethod
}// imethod represents a method on an interface typetype imethod struct {
name nameOff // name of method
typ typeOff // .(*FuncType) underneath}pkgpath记录定义接口的包名
其中的mdhr字段，是一个imethod切片，记录接口中定义的那些函数。
nameOff 和 typeOff 类型是 int32 ，这两个值是链接器负责嵌入的，相对于可执行文件的元信息的偏移量。元信息会在运行期，加载到 runtime.moduledata 结构体中。
2.1.2 接口值的结构 iface eface
为了性能，golang专门分了两种interface，eface和iface，eface就是空接口，iface就是有方法的接口
结构定义分别在两个文件中，runtime2.go：
type iface struct {
tab *itab
data unsafe.Pointer
}
type eface struct {
_type *_type
data unsafe.Pointer
}
type itab struct {
inter *interfacetype
_type *_type
hash uint32 // copy of _type.hash. Used for type switches.
_ [4]byte
fun [1]uintptr // variable sized. fun[0]==0 means _type does not implement inter.}data字段是用来存储实际数据的，runtime会申请一块新的内存，把数据考到那，然后data指向这块新的内存。
eface、itab的_tpye字段，是data指向的值的实际类型信息。
iface中tab字段，是一个itab结构，包含了inter接口类型、_type数据类型、hash哈希的方法、fun函数地址占位符。这个hash方法拷贝自_type.hash；fun是一个大小为1的uintptr数组，当fun[0]为0时，说明_type并没有实现该接口，当有实现接口时，fun存放了第一个接口方法的地址，其他方法一次往下存放，这里就简单用空间换时间，其实方法都在_type字段中能找到，实际在这记录下，每次调用的时候就不用动态查找了。
2.1.2 全局的itab table
iface.go:
const itabInitSize = 512// Note: change the formula in the mallocgc call in itabAdd if you change these fields.type itabTableType struct {
size uintptr // length of entries array. Always a power of 2.
count uintptr // current number of filled entries.
entries [itabInitSize]*itab // really [size] large}可以看出这个全局的itabTable是用数组在存储的
size记录数组的大小，总是2的次幂。
count记录数组中已使用了多少。
entries是一个*itab数组，初始大小是512.
2.2 转换
把一个具体的值，赋值给接口，会调用conv系列函数，例如空接口调用convT2E系列、非空接口调用convT2I系列，为了性能考虑，很多特例的convT2I64、convT2Estring诸如此类，避免了typedmemmove的调用。
func convT2E(t *_type, elem unsafe.Pointer) (e eface) { if raceenabled {
raceReadObjectPC(t, elem, getcallerpc(), funcPC(convT2E))
} if msanenabled {
msanread(elem, t.size)
}
x := mallocgc(t.size, t, true) // TODO: We allocate a zeroed object only to overwrite it with actual data.
// Figure out how to avoid zeroing. Also below in convT2Eslice, convT2I, convT2Islice.
typedmemmove(t, x, elem)
e._type = t
e.data = x return}func convT2I(tab *itab, elem unsafe.Pointer) (i iface) {
t := tab._type if raceenabled {
raceReadObjectPC(t, elem, getcallerpc(), funcPC(convT2I))
} if msanenabled {
msanread(elem, t.size)
}
x := mallocgc(t.size, t, true)
typedmemmove(t, x, elem)
i.tab = tab
i.data = x return}func convT2I16(tab *itab, val uint16) (i iface) {
t := tab._type
var x unsafe.Pointer if val == 0 {
x = unsafe.Pointer(&zeroVal[0])
} else {
x = mallocgc(2, t, false)
*(*uint16)(x) = val
}
i.tab = tab
i.data = x return}func convI2I(inter *interfacetype, i iface) (r iface) {
tab := i.tab if tab == nil { return
} if tab.inter == inter {
r.tab = tab
r.data = i.data return
}
r.tab = getitab(inter, tab._type, false)
r.data = i.data return}可以看到：
具体类型转空接口，_type字段直接复制源的type；mallocgc一个新内存，把值复制过去，data再指向这块内存。
具体类型转非空接口，入参tab是编译器生成的填进去的，接口指向同一个入参tab指向的itab；mallocgc一个新内存，把值复制过去，data再指向这块内存。
对于接口转接口，itab是调用getitab函数去获取的，而不是编译器传入的。
对于那些特定类型的值，如果是零值，那么不会mallocgc一块新内存，data会指向zeroVal[0]。
2.2.1 编译器优化
每次都malloc一块内存，那么性能会很差，因此，对于一些类型，golang的编译器做了优化。 TODO
2.3 获取itab的流程
golang interface的核心逻辑就在这，在get的时候，不仅仅会从itabTalbe中查找，还可能会创建插入，itabTable使用容量超过75%还会扩容。下面我们看下代码:
func getitab(inter *interfacetype, typ *_type, canfail bool) *itab { if len(inter.mhdr) == 0 {
throw("internal error - misuse of itab")
} // easy case
if typ.tflag&tflagUncommon == 0 { if canfail { return nil
}
name := inter.typ.nameOff(inter.mhdr[0].name)
panic(&TypeAssertionError{nil, typ, &inter.typ, name.name()})
}
var m *itab // First, look in the existing table to see if we can find the itab we need.
// This is by far the most common case, so do it without locks.
// Use atomic to ensure we see any previous writes done by the thread
// that updates the itabTable field (with atomic.Storep in itabAdd).
t := (*itabTableType)(atomic.Loadp(unsafe.Pointer(&itabTable))) if m = t.find(inter, typ); m != nil { goto finish
} // Not found. Grab the lock and try again.
lock(&itabLock) if m = itabTable.find(inter, typ); m != nil {
unlock(&itabLock) goto finish
} // Entry doesn't exist yet. Make a new entry & add it.
m = (*itab)(persistentalloc(unsafe.Sizeof(itab{})+uintptr(len(inter.mhdr)-1)*sys.PtrSize, 0, &memstats.other_sys))
m.inter = inter
m._type = typ
m.init()
itabAdd(m)
unlock(&itabLock)
finish: if m.fun[0] != 0 { return m
} if canfail { return nil
} // this can only happen if the conversion
// was already done once using the , ok form
// and we have a cached negative result.
// The cached result doesn't record which
// interface function was missing, so initialize
// the itab again to get the missing function name.
panic(&TypeAssertionError{concrete: typ, asserted: &inter.typ, missingMethod: m.init()})
}流程很简单
先用t保存全局itabTable的地址，然后使用t.find去查找，这样是为了防止查找过程中，itabTable被替换导致查找错误。
如果没找到，那么就会上锁，然后使用itabTable.find去查找，这样是因为在第一步查找的同时，另外一个协程写入，可能导致实际存在却查找不到，这时上锁避免itabTable被替换，然后直接在itaTable中查找。
再没找到，说明确实没有，那么就根据接口类型、数据类型，去生成一个新的itab，然后插入到itabTable中，这里可能会导致hash表扩容，如果数据类型并没有实现接口，那么根据调用方式，该报错报错，该panic panic。
这里我们可以看到申请新的itab空间时，内存空间的大小是unsafe.Sizeof(itab{})+uintptr(len(inter.mhdr)-1)*sys.PtrSize，参照前面接受的结构，len(inter.mhdr)就是接口定义的方法数量，因为字段fun是一个大小为1的数组，所以len(inter.mhdr)-1，在fun字段下面其实隐藏了其他方法接口地址。
然后我们再看下上面用到的一些方法的细节
2.3.1 在itabTable中查找itab find
func itabHashFunc(inter *interfacetype, typ *_type) uintptr { // compiler has provided some good hash codes for us.
return uintptr(inter.typ.hash ^ typ.hash)
}// find finds the given interface/type pair in t.// Returns nil if the given interface/type pair isn't present.func (t *itabTableType) find(inter *interfacetype, typ *_type) *itab { // Implemented using quadratic probing.
// Probe sequence is h(i) = h0 + i*(i+1)/2 mod 2^k.
// We're guaranteed to hit all table entries using this probe sequence.
mask := t.size - 1
h := itabHashFunc(inter, typ) & mask for i := uintptr(1); ; i++ {
p := (**itab)(add(unsafe.Pointer(&t.entries), h*sys.PtrSize)) // Use atomic read here so if we see m != nil, we also see
// the initializations of the fields of m.
// m := *p
m := (*itab)(atomic.Loadp(unsafe.Pointer(p))) if m == nil { return nil
} if m.inter == inter && m._type == typ { return m
}
h += I
h &= mask
}
}从注释我们可以看到，golang使用的开放地址探测法，用的是公式h(i) = h0 + i*(i+1)/2 mod 2^k，h0是根据接口类型和数据类型的hash字段算出来的。以前的版本是额外使用一个link字段去连到下一个slot，那样会有额外的存储，性能也会差写，在1.11中我们看到做了改进，具体是哪个版本开始变的我也不知道。
2.3.2 检查并生成itab init
// init fills in the m.fun array with all the code pointers for// the m.inter/m._type pair. If the type does not implement the interface,// it sets m.fun[0] to 0 and returns the name of an interface function that is missing.// It is ok to call this multiple times on the same m, even concurrently.func (m *itab) init() string {
inter := m.inter
typ := m._type
x := typ.uncommon() // both inter and typ have method sorted by name,
// and interface names are unique,
// so can iterate over both in lock step;
// the loop is O(ni+nt) not O(ni*nt).
ni := len(inter.mhdr)
nt := int(x.mcount)
xmhdr := (*[1 << 16]method)(add(unsafe.Pointer(x), uintptr(x.moff)))[:nt:nt]
j := 0imethods: for k := 0; k < ni; k++ {
i := &inter.mhdr[k]
itype := inter.typ.typeOff(i.ityp)
name := inter.typ.nameOff(i.name)
iname := name.name()
ipkg := name.pkgPath() if ipkg == "" {
ipkg = inter.pkgpath.name()
} for ; j < nt; j++ {
t := &xmhdr[j]
tname := typ.nameOff(t.name) if typ.typeOff(t.mtyp) == itype && tname.name() == iname {
pkgPath := tname.pkgPath() if pkgPath == "" {
pkgPath = typ.nameOff(x.pkgpath).name()
} if tname.isExported() || pkgPath == ipkg { if m != nil {
ifn := typ.textOff(t.ifn)
*(*unsafe.Pointer)(add(unsafe.Pointer(&m.fun[0]), uintptr(k)*sys.PtrSize)) = ifn
} continue imethods
}
}
} // didn't find method
m.fun[0] = 0
return iname
}
m.hash = typ.hash return ""}这个方法会检查interface和type的方法是否匹配，即type有没有实现interface。假如interface有n中方法，type有m中方法，那么匹配的时间复杂度是O(n x m)，由于interface、type的方法都按字典序排，所以O(n+m)的时间复杂度可以匹配完。在检测的过程中，匹配上了，依次往fun字段写入type中对应方法的地址。如果有一个方法没有匹配上，那么就设置fun[0]为0，在外层调用会检查fun[0]==0，即type并没有实现interface。
这里我们还可以看到golang中continue的特殊用法，要直接continue到外层的循环中，那么就在那一层的循环上加个标签，然后continue 标签。
2.3.3 把itab插入到itabTable中 itabAdd
// itabAdd adds the given itab to the itab hash table.// itabLock must be held.func itabAdd(m *itab) { // Bugs can lead to calling this while mallocing is set,
// typically because this is called while panicing.
// Crash reliably, rather than only when we need to grow
// the hash table.
if getg().m.mallocing != 0 { throw("malloc deadlock")
}
t := itabTable if t.count >= 3*(t.size/4) { // 75% load factor
// Grow hash table.
// t2 = new(itabTableType) + some additional entries
// We lie and tell malloc we want pointer-free memory because
// all the pointed-to values are not in the heap.
t2 := (*itabTableType)(mallocgc((2+2*t.size)*sys.PtrSize, nil, true))
t2.size = t.size * 2
// Copy over entries.
// Note: while copying, other threads may look for an itab and
// fail to find it. That's ok, they will then try to get the itab lock
// and as a consequence wait until this copying is complete.
iterate_itabs(t2.add) if t2.count != t.count { throw("mismatched count during itab table copy")
} // Publish new hash table. Use an atomic write: see comment in getitab.
atomicstorep(unsafe.Pointer(&itabTable), unsafe.Pointer(t2)) // Adopt the new table as our own.
t = itabTable // Note: the old table can be GC'ed here.
}
t.add(m)
}// add adds the given itab to itab table t.// itabLock must be held.func (t *itabTableType) add(m *itab) { // See comment in find about the probe sequence.
// Insert new itab in the first empty spot in the probe sequence.
mask := t.size - 1
h := itabHashFunc(m.inter, m._type) & mask for i := uintptr(1); ; i++ {
p := (**itab)(add(unsafe.Pointer(&t.entries), h*sys.PtrSize))
m2 := *p if m2 == m { // A given itab may be used in more than one module
// and thanks to the way global symbol resolution works, the
// pointed-to itab may already have been inserted into the
// global 'hash'.
return
} if m2 == nil { // Use atomic write here so if a reader sees m, it also
// sees the correctly initialized fields of m.
// NoWB is ok because m is not in heap memory.
// *p = m
atomic.StorepNoWB(unsafe.Pointer(p), unsafe.Pointer(m))
t.count++ return
}
h += I
h &= mask
}
}可以看到，当hash表使用达到75%或以上时，就会进行扩容，容量是原来的2倍，申请完空间，就会把老表中的数据插入到新的hash表中。然后使itabTable指向新的表，最后把新的itab插入到新表中。
2.4 类型判断
2.4.1 接口转接口
func assertI2I2(inter *interfacetype, i iface) (r iface, b bool) {
tab := i.tab if tab == nil { return
} if tab.inter != inter {
tab = getitab(inter, tab._type, true) if tab == nil { return
}
}
r.tab = tab
r.data = i.data
b = true
return}
func assertE2I(inter *interfacetype, e eface) (r iface) {
t := e._type if t == nil { // explicit conversions require non-nil interface value.
panic(&TypeAssertionError{nil, nil, &inter.typ, ""})
}
r.tab = getitab(inter, t, false)
r.data = e.data return}
func assertE2I2(inter *interfacetype, e eface) (r iface, b bool) {
t := e._type if t == nil { return
}
tab := getitab(inter, t, true) if tab == nil { return
}
r.tab = tab
r.data = e.data
b = true
return}首先我们看到有两种用法：
返回值是一个时，不能转换就panic。
返回值是两个时，第二个返回值标记能否转换成功
此外，data复制的是指针，不会完整拷贝值
2.4.2 接口转具体类型
接口判断是否转换成具体类型，是编译器生成好的代码去做的。我们看个empty interface转换成具体类型的例子：
var EFace interface{}var j intfunc F4(i int) int{
EFace = I
j = EFace.(int) return j
}func main() {
F4(10)
}我们反汇编看一下
go build -gcflags '-N -l' -o tmp build.go
go tool objdump -s "main.F4" tmp
可以看到汇编代码中有这么一段，我加注释你们就懂了：
MOVQ main.EFace(SB), CX //CX = EFace.typLEAQ type.*+60128(SB), DX //DX = &type.intCMPQ DX, CX. //if DX == AX
可以看到empty interface转具体类型，是编译器生成好对比代码，比较具体类型和空接口是不是同一个type，而不是调用某个函数在运行时动态对比。
然后我们再看下非空接口类型转换：
var tf Tester
var t testStruct
func F4() int{
t := tf.(testStruct) return t.i
}func main() {
F4()
}继续反汇编看一下：
MOVQ main.tf(SB), CX // CX = tf.tab(.inter.typ)LEAQ go.itab.main.testStruct,main.Tester(SB), DX // DX = <testStruct,Tester>对应的&itab(.inter.typ)CMPQ DX, CX //
可以看到，非空接口转具体类型，也是编译器生成的代码，比较是不是同一个itab，而不是调用某个函数在运行时动态对比。
作者：123archu
链接：https://www.jianshu.com/p/5f8ecbe4f6af
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