go语言代码生成器code generator使用示例介绍

代码生成器介绍

client-go为每种k8s内置资源提供了对应的clientset和informer。那么我们要监听和操作自定义资源对象，应该如何做呢？

方式一：使用client-go提供的dynamicClient来操作自定义资源对象，当然由于dynamicClient是基于RESTClient实现的，所以我们可以使用RESTClient来达到同样的目的。

方式二：使用conde-generator来帮我们生成我们需要的代码，这样我们就可以像使用client-go为k8s内置资源对象提供的方式监听和操作自定义资源了。

code-generator

code-generator 就是 Kubernetes 提供的一个用于代码生成的项目，它提供了以下工具为 Kubernetes 中的资源生成代码：

deepcopy-gen: 生成深度拷贝方法，为每个 T 类型生成 func (t* T) DeepCopy() *T 方法，API 类型都需要实现深拷贝
client-gen: 为资源生成标准的 clientset
informer-gen: 生成 informer，提供事件机制来响应资源的事件
lister-gen: 生成 Lister，为 get 和 list 请求提供只读缓存层（通过 indexer 获取）

Informer 和 Lister 是构建控制器的基础，使用这4个代码生成器可以创建全功能的、和 Kubernetes 上游控制器工作机制相同的 production-ready 的控制器。

code-generator 还包含一些其它的代码生成器，例如 Conversion-gen 负责产生内外部类型的转换函数、Defaulter-gen 负责处理字段默认值。

大部分的生成器支持--input-dirs参数来读取一系列输入包，处理其中的每个类型，然后生成代码：

? 1、部分代码生成到输入包所在目录，例如 deepcopy-gen 生成器，也可以使用参数--output-file-base "zz_generated.deepcopy" 来定义输出文件名

? 2、其它代码生成到 --output-package 指定的目录，例如 client-gen、informer-gen、lister-gen 等生成器

示例

接来下我们使用code-generator进行实战演示：

首先我们将项目拉到本地：

$ git clone https://github.com/kubernetes/code-generator.git
$ git checkout 0.23.3

然后我们进入到cmd目录下，就会看到我们上面介绍的工具：

接着我们对client-gen,deepcopy-gen,infromer-gen,lister-gen进行安装，会安装到GOPATH的bin目录下：

# 进行安装
$ go install ./cmd/{client-gen,deepcopy-gen,informer-gen,lister-gen}
# 获取GOPATH路径
$ go env | grep GOPATH
GOPATH="/Users/Christian/go"
# 查看
ls /Users/Christian/go/bin
client-gen     deepcopy-gen   goimports      lister-gen
controller-gen defaulter-gen  informer-gen   type-scaffold

发现我们已经成功的安装了，这时候我们就可以直接使用这些工具了，比如我们可以使用--help命令来查看如何使用client-gen:

当然通常情况下我们不会去单独的使用某一个工具。

接下来我们来创建我们的项目，此处我们可以仿照sample controller项目进行编写：

$ mkdir operator-test && cd operator-test
$ go mod init operator-test
$ mkdir -p pkg/apis/example.com/v1
?  operator-test tree
.
├── go.mod
├── go.sum
└── pkg
    └── apis
        └── example.com
            └── v1
                ├── doc.go
                ├── register.go
                └── types.go
4 directories, 5 files

接下来我们对v1下面的三个go文件进行填充(可以直接复制sample-controller，对其进行做简单修改)：

doc.go主要是用来声明要使用deepconpy-gen以及groupName。

// pkg/crd.example.com/v1/doc.go
// +k8s:deepcopy-gen=package
// +groupName=example.com
package v1

types.go主要是定义crd资源对应的go中的结构。

// pkg/crd.example.com/v1/types.go
package v1
import metav1 "k8s.io/apimachinery/pkg/apis/meta/v1"
// +genclient
// +k8s:deepcopy-gen:interfaces=k8s.io/apimachinery/pkg/runtime.Object
// Bar is a specification for a Bar resource
type Bar struct {
    metav1.TypeMeta   `json:",inline"`
    metav1.ObjectMeta `json:"metadata,omitempty"`
    Spec BarSpec `json:"spec"`
    // Status BarStatus `json:"status"`
}
// BarSpec is the spec for a Bar resource
type BarSpec struct {
    DeploymentName string `json:"deploymentName"`
    Image          string `json:"image"`
    Replicas       *int32 `json:"replicas"`
}
// BarStatus is the status for a Bar resource
type BarStatus struct {
    AvailableReplicas int32 `json:"availableReplicas"`
}
// +k8s:deepcopy-gen:interfaces=k8s.io/apimachinery/pkg/runtime.Object
// BarList is a list of Bar resources
type BarList struct {
    metav1.TypeMeta `json:",inline" :"metav1.TypeMeta"`
    metav1.ListMeta `json:"metadata" :"metav1.ListMeta"`
    Items []Bar `json:"items" :"items"`
}

package v1
import (
    metav1 "k8s.io/apimachinery/pkg/apis/meta/v1"
    "k8s.io/apimachinery/pkg/runtime"
    "k8s.io/apimachinery/pkg/runtime/schema"
)
// SchemeGroupVersion is group version used to register these objects
var SchemeGroupVersion = schema.GroupVersion{Group: "example.com", Version: "v1"}
// Kind takes an unqualified kind and returns back a Group qualified GroupKind
func Kind(kind string) schema.GroupKind {
    return SchemeGroupVersion.WithKind(kind).GroupKind()
}
// Resource takes an unqualified resource and returns a Group qualified GroupResource
func Resource(resource string) schema.GroupResource {
    return SchemeGroupVersion.WithResource(resource).GroupResource()
}
var (
    // SchemeBuilder initializes a scheme builder
    SchemeBuilder = runtime.NewSchemeBuilder(addKnownTypes)
    // AddToScheme is a global function that registers this API group & version to a scheme
    AddToScheme = SchemeBuilder.AddToScheme
)
// Adds the list of known types to Scheme.
func addKnownTypes(scheme *runtime.Scheme) error {
    scheme.AddKnownTypes(SchemeGroupVersion,
        &Bar{},
        &BarList{},
    )
    metav1.AddToGroupVersion(scheme, SchemeGroupVersion)
    return nil
}

这时候会发现&Bar{},&BarLis{}会报错，这是因为我们还没有为其实现deepcopy方法。

由于在自动生成代码的时候，需要指定header的信息，所以我们为了方便，可以将code-generator项目下的hack包直接拷贝到我们当前项目根目录下。

接下来我们使用code-generator来为我们自动生成代码：

# 运行 code-generator/generate-group.sh
./../../github/code-generator/generate-groups.sh all \
# 指定 group 和 version，生成deeplycopy以及client
operator-test/pkg/client operator-test/pkg/apis crd.example.com:v1 \
# 指定头文件
--go-header-file=./hack/boilerplate.go.txt \
# 指定输出位置，默认为GOPATH
--output-base ../
Generating deepcopy funcs
Generating clientset for crd.example.com:v1 at operator-test/pkg/client/clientset
Generating listers for crd.example.com:v1 at operator-test/pkg/client/listers
Generating informers for crd.example.com:v1 at operator-test/pkg/client/informers

这时候我们再来查看项目结构：

?  operator-test tree
.
├── go.mod
├── go.sum
├── hack
│   └── boilerplate.go.txt
└── pkg
    ├── apis
    │   └── crd.example.com
    │       └── v1
    │           ├── doc.go
    │           ├── register.go
    │           ├── types.go
    │           └── zz_generated.deepcopy.go
    └── client
        ├── clientset
        │   └── versioned
        │       ├── clientset.go
        │       ├── doc.go
        │       ├── fake
        │       │   ├── clientset_generated.go
        │       │   ├── doc.go
        │       │   └── register.go
        │       ├── scheme
        │       │   ├── doc.go
        │       │   └── register.go
        │       └── typed
        │           └── crd.example.com
        │               └── v1
        │                   ├── bar.go
        │                   ├── crd.example.com_client.go
        │                   ├── doc.go
        │                   ├── fake
        │                   │   ├── doc.go
        │                   │   ├── fake_bar.go
        │                   │   └── fake_crd.example.com_client.go
        │                   └── generated_expansion.go
        ├── informers
        │   └── externalversions
        │       ├── crd.example.com
        │       │   ├── interface.go
        │       │   └── v1
        │       │       ├── bar.go
        │       │       └── interface.go
        │       ├── factory.go
        │       ├── generic.go
        │       └── internalinterfaces
        │           └── factory_interfaces.go
        └── listers
            └── crd.example.com
                └── v1
                    ├── bar.go
                    └── expansion_generated.go
22 directories, 29 files

这时候我们就可以像操作内置资源一样，操作我们的自定义资源了。

我们先准备crd以及对应的cr，这边也是可以直接从sample-controller项目进行拷贝，做简单的修改即可。

# manifests/example.com_bars.yaml
---
apiVersion: apiextensions.k8s.io/v1
kind: CustomResourceDefinition
metadata:
  annotations:
    controller-gen.kubebuilder.io/version: (devel)
  creationTimestamp: null
  name: bars.crd.example.com
spec:
  group: crd.example.com
  names:
    kind: Bar
    listKind: BarList
    plural: bars
    singular: bar
  scope: Namespaced
  versions:
  - name: v1
    schema:
      openAPIV3Schema:
        description: Bar is a specification for a Bar resource
        properties:
          apiVersion:
            description: 'APIVersion defines the versioned schema of this representation
              of an object. Servers should convert recognized schemas to the latest
              internal value, and may reject unrecognized values. More info: https://git.k8s.io/community/contributors/devel/sig-architecture/api-conventions.md#resources'
            type: string
          kind:
            description: 'Kind is a string value representing the REST resource this
              object represents. Servers may infer this from the endpoint the generated
              submits requests to. Cannot be updated. In CamelCase. More info: https://git.k8s.io/community/contributors/devel/sig-architecture/api-conventions.md#types-kinds'
            type: string
          metadata:
            type: object
          spec:
            description: BarSpec is the spec for a Bar resource
            properties:
              deploymentName:
                type: string
              image:
                type: string
              replicas:
                format: int32
                type: integer
            required:
            - deploymentName
            - image
            - replicas
            type: object
        required:
        - spec
        type: object
    served: true
    storage: true
# manifests/cr.yaml
---
apiVersion: crd.example.com/v1
kind: Bar
metadata:
  name: bar-demo
  namespace: default
spec:
  image: "nginx:1.17.1"
  deploymentName: example-bar
  replicas: 2

接下来我们来编写main函数，这时候我们就可以使用client-go像操作我们内置资源一样，操作crd资源了。

package main
import (
    "context"
    "fmt"
    v1 "k8s.io/apimachinery/pkg/apis/meta/v1"
    "k8s.io/client-go/tools/cache"
    "k8s.io/client-go/tools/clientcmd"
    "log"
    clientSet "operator-test/pkg/client/clientset/versioned"
    "operator-test/pkg/client/informers/externalversions"
)
func main() {
    config, err := clientcmd.BuildConfigFromFlags("", clientcmd.RecommendedHomeFile)
    if err != nil {
        log.Fatalln(err)
    }
    clientset, err := clientSet.NewForConfig(config)
    if err != nil {
        log.Fatalln(err)
    }
    list, err := clientset.CrdV1().Bars("default").List(context.TODO(), v1.ListOptions{})
    if err != nil {
        log.Fatalln(err)
    }
    for _, bar := range list.Items {
        fmt.Println(bar.Name)
    }
    factory := externalversions.NewSharedInformerFactory(clientset, 0)
    factory.Crd().V1().Bars().Informer().AddEventHandler(cache.ResourceEventHandlerFuncs{
        AddFunc:    nil,
        UpdateFunc: nil,
        DeleteFunc: nil,
    })
    // todo
}
// ====
// 程序输出结果：
bar-demo

代码生成tag

在我们上面的示例中，我们在源码中添加了很多tag,我们使用这些tag来标记一些供生成器使用的属性。这些tag主要分为两类：

在doc.go的package语句智商提供的全局tag
在需要被处理的类型上提供局部tag

tag的使用方法如下所示：

// +tag-name
// 或者
// +tag-name=value

我们可以看到 tag 是通过注释的形式存在的，另外需要注意的是 tag 的位置非常重要，很多 tag 必须直接位于 type 或 package 语句的上一行，另外一些则必须和 go 语句隔开至少一行空白。

全局tag

必须在目标包的doc.go文件中声明，一般路径为pkg/apis/<apigroup>/<version>/doc.go,如下所示：

// 为包中任何类型生成深拷贝方法，可以在局部 tag 覆盖此默认行为
// +k8s:deepcopy-gen=package
 
// groupName 指定 API 组的全限定名
// 此 API 组的 v1 版本，放在同一个包中
// +groupName=crd.example.com
package v1

注意：空行不能省略

局部tag

局部tag要么直接声明在类型之前，要么位于类型之前的第二个注释块中。下面的 types.go 中声明了 CR 对应的类型：

// 为当前类型生成客户端，如果不加此注解则无法生成 lister、informer 等包
// +genclient
// 提示此类型不基于 /status 子资源来实现 spec-status 分离，产生的客户端不具有 UpdateStatus 方法
// 否则，只要类型具有 Status 字段，就会生成 UpdateStatus 方法
// +genclient:noStatus
// 为每个顶级 API 类型添加，自动生成 DeepCopy 相关代码
// +k8s:deepcopy-gen:interfaces=k8s.io/apimachinery/pkg/runtime.Object
// K8S 资源，数据库
type Database struct {
    metav1.TypeMeta   `json:",inline"`
    metav1.ObjectMeta `json:"metadata,omitempty"`
    Spec DatabaseSpec `json:"spec"`
}
// 不为此类型生成深拷贝方法
// +k8s:deepcopy-gen=false
// 数据库的规范
type DatabaseSpec struct {
    User     string `json:"user"`
    Password string `json:"password"`
    Encoding string `json:"encoding,omitempty"`
}
// +k8s:deepcopy-gen:interfaces=k8s.io/apimachinery/pkg/runtime.Object
// 数据库列表，因为 list 获取的是列表，所以需要定义该结构
type DatabaseList struct {
    metav1.TypeMeta `json:",inline"`
    metav1.ListMeta `json:"metadata"`
    Items []Database `json:"items"`
}

在上面 CR 的定义上面就通过 tag 来添加了自动生成相关代码的一些注释。此外对于集群级别的资源，我们还需要提供如下所示的注释：

// +genclient:nonNamespaced
// 下面的 Tag 不能少
// +genclient

另外我们还可以控制客户端提供哪些 HTTP 方法：

// +genclient:noVerbs
// +genclient:onlyVerbs=create,delete
// +genclient:skipVerbs=get,list,create,update,patch,delete,deleteCollection,watch
// 仅仅返回 Status 而非整个资源
// +genclient:method=Create,verb=create,result=k8s.io/apimachinery/pkg/apis/meta/v1.Status
// 下面的 Tag 不能少
// +genclient

使用 tag 定义完需要生成的代码规则后，执行上面提供的代码生成脚本即可自动生成对应的代码了。

补充

除了上面介绍的代码生成方式，我们还可以直接使用sample-controller项目提供的hack/update-condegen.sh脚本。

#!/usr/bin/env bash
set -o errexit
set -o nounset
set -o pipefail
SCRIPT_ROOT=$(dirname "${BASH_SOURCE[0]}")/..
# 代码生成器包的位置
CODEGEN_PKG=${CODEGEN_PKG:-$(cd "${SCRIPT_ROOT}"; ls -d -1 ./vendor/k8s.io/code-generator 2>/dev/null || echo ../code-generator)}
# generate-groups.sh <generators> <output-package> <apis-package> <groups-versions>
#                    使用哪些生成器，可选值 deepcopy,defaulter,client,lister,informer，逗号分隔，all表示全部使用
#                    输出包的导入路径  
#                    CR 定义所在路径
#                    API 组和版本
bash "${CODEGEN_PKG}"/generate-groups.sh "deepcopy,client,informer,lister" \
  k8s.io/sample-controller/pkg/generated k8s.io/sample-controller/pkg/apis \
  samplecontroller:v1alpha1 \
  --output-base "$(dirname "${BASH_SOURCE[0]}")/../../.." \
  --go-header-file "${SCRIPT_ROOT}"/hack/boilerplate.go.txt
# 自动生成的源码头部附加的内容:
#   --go-header-file "${SCRIPT_ROOT}"/hack/custom-boilerplate.go.txt

执行上面的脚本后，所有 API 代码会生成在 pkg/apis 目录下，clientsets、informers、listers 则生成在 pkg/generated 目录下。不过从脚本可以看出需要将 code-generator 的包放置到 vendor 目录下面，现在我们都是使用 go modules 来管理依赖保，我们可以通过执行 go mod vendor 命令将依赖包放置到 vendor 目录下面来。

我们还可以进一步提供 hack/verify-codegen.sh 脚本，用于判断生成的代码是否 up-to-date：

#!/usr/bin/env bash
set -o errexit
set -o nounset
set -o pipefail
# 先调用 update-codegen.sh 生成一份新代码
# 然后对比新老代码是否一样
SCRIPT_ROOT=$(dirname "${BASH_SOURCE[0]}")/..
DIFFROOT="${SCRIPT_ROOT}/pkg"
TMP_DIFFROOT="${SCRIPT_ROOT}/_tmp/pkg"
_tmp="${SCRIPT_ROOT}/_tmp"
cleanup() {
  rm -rf "${_tmp}"
}
trap "cleanup" EXIT SIGINT
cleanup
mkdir -p "${TMP_DIFFROOT}"
cp -a "${DIFFROOT}"/* "${TMP_DIFFROOT}"
"${SCRIPT_ROOT}/hack/update-codegen.sh"
echo "diffing ${DIFFROOT} against freshly generated codegen"
ret=0
diff -Naupr "${DIFFROOT}" "${TMP_DIFFROOT}" || ret=$?
cp -a "${TMP_DIFFROOT}"/* "${DIFFROOT}"
if [[ $ret -eq 0 ]]
then
  echo "${DIFFROOT} up to date."
else
  echo "${DIFFROOT} is out of date. Please run hack/update-codegen.sh"
  exit 1
fi

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