【第12回】Goを使った本格的なバックエンド開発をしよう

今回からは、Goを使ったより実践的なバックエンド開発をしていきます。

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おさらい

今までNode.jsに素のSQLを書いて、データベースとのやりとりをしてきました。 そしてサーバーで取得したデータをサーバー側で無理やり組み立てて、text/html形式で返していました。 これは基礎を学ぶという点ではいい方法ですが、実際にはライブラリをさらに使ったり、そもそも違う言語を使ったりします。

今回からは、Goを使ったより実践的なバックエンド開発をしていきます。 (夏休み前最後の講習なので、再開は9月末になります。)

Go

GoはGoogleが開発したプログラミング言語です。GoはC言語のような低レイヤーな処理を行うことができるのに、Pythonのようなプログラミングの容易さを持っています。 シンプルな言語設計をしており、とても読みやすく書きやすい言語です。

いろいろなOSSでも採用されており、DockerやKubernetesがGoで書かれています。

Goのインストール

Goのインストールはこちらを参考にしてください。

Goはスクリプト型の言語ではなく、コンパイル型の言語です。 そのため、今までのJSのプログラミングのようなカジュアルさはなく、保守性や安全性を重視しています。

ポインタを使った変数の扱いや、パッケージシステムなどがJSにない機能なのでもしかしたら難しいかもしれません。

Goのプロジェクトを作成しよう

Goのプロジェクトを作成するには、まずはディレクトリを作成します。

作ったらそのディレクトリに移動して、go mod init <module-name>を実行します。 <module-name>は別に何を書いてもいいのですが、なるべくプロジェクトのURLにしておいたほうがいいです。 例えば、GitHubのリモートリポジトリ名がwebken-2023だったら、go mod init github.com/saitamau-maximum/webken-2023とします。

これでGoのプロジェクトが作成できました。

GoでHello, World!を出力してみよう

main.goを作成して、以下のコードを書いてください。

package main

import "fmt"

func main() {
    fmt.Println("Hello, World!")
}

これで、go run main.goを実行すると、Hello, World!と表示されるはずです。

これだけで、Goのプログラムが実行できます。

fmtは誤解を恐れずにいうと、C++でいうiostreamのようなものです。

Goで関数を作ってみよう

Goで関数を作るには、funcというキーワードを使います。

main.goを作成して、以下のコードを書いてください。

package main

import "fmt"

func main() {
    hello("Maximum")
}

func hello(name string) {
    fmt.Printf("Hello, %s!", name)
}

これで、go run main.goを実行すると、Hello, Maximum!と表示されるはずです。

Goで変数を使ってみよう

Goで変数を使うには、varを使う場合と省略して書く場合があります。

main.goを作成して、以下のコードを書いてください。

package main

import "fmt"

func main() {
    name := "Maximum" // var name string = "Maximum"と同じ
    hello(name)
}

func hello(name string) {
    fmt.Printf("Hello, %s!", name)
}

これで、go run main.goを実行すると、Hello, Maximum!と表示されるはずです。

Goのアナライザはとても頭がいいので、変数の型を書かなくてもある程度推論してくれます。

値渡しと参照渡し

値渡しと参照渡しについて、Webでも競プロでも触れたことがなかったので、ここで触れておきます。

値渡しとは、変数の値をコピーして渡すことです。

例えばJSは値渡しが基本の言語なので、以下のようなコードを書くと、aの値は変わりません。

let a = 1;

function addOne(num) {
  num += 1;
}

addOne(a)

console.log(a); // 1

そのため、JSでは以下のように書く必要があります。

let a = 1;

function addOne(num) {
  return num + 1;
}

a = addOne(a) //一度addOneに変数の値をコピーして渡し、addOneの返り値をaに代入することで更新する

console.log(a); // 2

これでは、変数の値を更新するのに面倒ですし、コピーするのでメモリの使用量も増えます。

Goでも同じ書き方はできて

package main

import "fmt"

func main() {
    a := 1
    a = addOne(a) // 値渡し
    fmt.Println(a) // 2
}

func addOne(num int) int {
    return num + 1
}

こう書くこともできますが、Goでは参照渡しという書き方ができます。

package main

import "fmt"

func main() {
    a := 1
    addOne(&a) // 参照渡し
    fmt.Println(a) // 2
}

func addOne(num *int) {
    *num += 1
}

*をつけることで、変数のアドレスを渡すことができ、コピーせずに直接読み書きができるので、メモリの使用量も減ります。

つまり、関数内で変数の値を更新したいときは、参照渡しを使いましょう。 ただ、その関数が変数の値を更新しうることがわかりにくくなるので、慎重に使いましょう。

ちなみに「変数の値が変わりうる」ことを「ミュータブル」と言います。 今後「Mut」とか「Mutation」とかの語句に出会ったらそういう意味だと思ってください。

「ミュータブル」の対義語は「イミュータブル」で、変数の値が変わりうないことを言います。

基本的にはイミュータブル性を保つようにコードを書くのが良いですが、ミュータブルなコードの方が速い、綺麗に書けるなどもあるため、どちらが良いかは状況によります。

init関数

Goでは、initという関数を定義することができます。

main.goを作成して、以下のコードを書いてください。

package main

import "fmt"

func init() {
    fmt.Println("init")
}

func main() {
    fmt.Println("main")
}

これで、go run main.goを実行すると、以下のように表示されるはずです。

init
main

init関数は、main関数よりも先に実行されます。なので、データベースの接続、初期化処理などを書くのに便利です。

A Tour of Goについて

A Tour of GoというGoの公式チュートリアルがあります。 文法から理解したいという人はこれをやってみましょう。

GoでWebサーバーを作ってみよう

GoでWebサーバーを作るには、net/httpという標準ライブラリを使います。

main.goを作成して、以下のコードを書いてください。

package main

import (
    "fmt"
    "net/http"
)

func main() {
    http.HandleFunc("/", helloHandler)
    http.ListenAndServe(":8080", nil)
}

func helloHandler(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
    fmt.Fprintf(w, "Hello, World!")
}

go run main.goを実行して、curl http://localhost:8080を実行すると、Hello, World!と表示されるはずです。

ルーティング

http.HandleFunc("/", helloHandler)の部分で、ルーティングを設定しています。

http.HandleFunc("/hoge", hogeHandler)
http.HandleFunc("/fuga", fugaHandler)
http.HandleFunc("/piyo", piyoHandler)

違うパスなら複数呼べるので、上のように書くことができます。 この場合、/hogeにアクセスしたらhogeHandlerが呼ばれ、/fugaにアクセスしたらfugaHandlerが呼ばれます。

ハンドラー

ハンドラーは、func(w http.ResponseWriter, r *http.Request)の型で定義します。

wはレスポンスを書き込むためのもので、rはリクエストを読み込むためのものです。 rだけポインタで受け取っているのは、rがMutableだからです。

ダイナミックルーティング

net/httpにはダイナミックルーティングの機能がありません。 ただし、ハンドラーにそれ相当の機能を実装することはできます。

package main

import (
    "fmt"
    "net/http"
)

func main() {
    http.HandleFunc("/users/", usersHandler)
    http.ListenAndServe(":8080", nil)
}

func usersHandler(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
    fmt.Fprintf(w, "Hello, %s!", r.URL.Path[len("/users/"):])
}

例えばr.URL.Pathは/users/1のようなパスが入っているので、len("/users/")でそこまでの文字数を取得して、r.URL.Path[len("/users/"):]で/users/以降の文字列を取得しています。 したがって1とか2とかが取得できます。

メソッドハンドラ

http.HandleFuncはリクエストメソッドに関わらず呼ばれますが、http.MethodGetなどを使うことで、メソッドによってハンドラを分けることができます。

例えば/postsに対してGETでアクセスしたら一覧を表示し、POSTでアクセスしたら新規作成するというようなことをしたいときは

package main

import (
    "fmt"
    "net/http"
)

func main() {
    http.HandleFunc("/posts", postsHandler)
    http.ListenAndServe(":8080", nil)
}

func postsHandler(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
    switch r.Method {
    case http.MethodGet:
        fmt.Fprintf(w, "posts index")
    case http.MethodPost:
        fmt.Fprintf(w, "posts create")
    }
}

または

package main

import (
    "fmt"
    "net/http"
)

func main() {
    http.HandleFunc("/posts", func(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
        switch r.Method {
        case http.MethodGet:
            handleGetPosts(w, r)
        case http.MethodPost:
            handlePostPosts(w, r)
        }
    })
    http.ListenAndServe(":8080", nil)
}

func handleGetPosts(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
    fmt.Fprintf(w, "posts index")
}

func handlePostPosts(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
    fmt.Fprintf(w, "posts create")
}

のように書くことができます。

もしかしたら下の方が読みやすいかも？

ミドルウェア

ミドルウェアは、ハンドラーをラップして、何かしらの処理を追加するものです。

最初に書いたWebサーバーのコード

package main

import (
    "fmt"
    "net/http"
)

func main() {
    http.HandleFunc("/", helloHandler)
    http.ListenAndServe(":8080", nil)
}

func helloHandler(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
    fmt.Fprintf(w, "Hello, World!")
}

にログを出力するミドルウェアを作ってみましょう。

package main

import (
    "fmt"
    "net/http"
)

func main() {
    http.HandleFunc("/", LoggerMiddleware(helloHandler))
    http.ListenAndServe(":8080", nil)
}

func helloHandler(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
    fmt.Fprintf(w, "Hello, World!")
}

func LoggerMiddleware(next http.HandlerFunc) http.HandlerFunc {
    return func(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
        fmt.Printf("Request: %s, Method: %s\n", r.URL.Path, r.Method)
        next(w, r) // ハンドラーを呼び出す
        fmt.Printf("Response: %s, Status: %d\n", r.URL.Path, 200)
    }
}

// ハンドラーを呼び出すの部分で、ハンドラーを呼び出しています。 そのため

helloHandlerLoggerMiddlewareClienthelloHandlerLoggerMiddlewareClientrequestrequestresponseresponse

のような流れになります。

テンプレートについて

夏休み中、自由にみんながGoを使ってWebアプリが作成できるように、テンプレートを用意しました。

Go React Simple Template

GoとReactを使ったシンプルなWebアプリのテンプレートです。 GoのWebサーバーとReactのフロントエンドがそれぞれ別のプロジェクトになっています。

Go React Auth Template

GoとReactを使った認証付きのWebアプリのテンプレートです。 JWTを使った認証ができるようになっています。 Go React Simple Templateから派生して作っているので、もし認証の実装を追いたい場合は、コミットログを読んでみてください。

テンプレートの使い方

  1. Githubのリポジトリにアクセスする
  2. Use this templateをクリックする
  3. 自分のリポジトリとして名前などを設定する
  4. Clone or downloadからリポジトリをローカルにクローンする
  5. 開発する

という流れで、誰でも簡単にReact + GoのWebアプリを作成することができます。 もし作りたいものが見つかって、どうやって始めようか迷った時はぜひ使ってみてください。

夏休み・夏休み以降の予定

  • 夏休みまで
    • アプリケーション開発演習(今日)
  • 夏休み中
    • バックエンド発展講習（任意参加、バックエンドの大会に出る人向け）
    • 部内大会（過去問）
    • ブログリレー？
  • 冬休みまで
    • 夏休みにやったこと交流会 + 発表会 (Webに限らず)
    • アプリケーション開発演習
  • 冬休み中
    • フロントエンド発展講習（任意参加、フロントエンドの大会に出る人向け）
    • 部内大会（過去問）

発展講習は基本大会に出る人向けで話す予定なので、根本的な言語などの説明はしないつもりでいます。 Webの大会はパフォーマンスチューニングおよびセキュリティが中心になりますので、他人が書いたアプリケーションがある程度読めることが前提に作られています。

もし興味がある方がいたら、一度参加してみてもらえると嬉しいです。 Discordで定期的にやります（日程未定）

【第11回】エンジニアでもデザインがしたい！

【第13回】夏休みの振り返りと後期ガイダンス