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# 06 | 目录结构设计：如何组织一个可维护、可扩展的代码目录？
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你好，我是孔令飞。今天我们来聊聊如何设计代码的目录结构。
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目录结构是一个项目的门面。很多时候，根据目录结构就能看出开发者对这门语言的掌握程度。所以，在我看来，遵循一个好的目录规范，把代码目录设计得可维护、可扩展，甚至比文档规范、Commit 规范来得更加重要。
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那具体怎么组织一个好的代码目录呢？在今天这一讲，我会从 2 个维度来解答这个问题。
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首先，我会介绍组织目录的一些基本原则，这些原则可以指导你去组织一个好的代码目录。然后，我会向你介绍一些具体的、优秀的目录结构。你可以通过学习它们，提炼总结出你自己的目录结构设计方法，或者你也可以直接用它们作为你的目录结构规范，也就是说结构即规范。
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## 如何规范目录？
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想设计好一个目录结构，我们首先要知道一个好的目录长什么样，也就是目录规范中包含哪些内容。
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目录规范，通常是指我们的项目由哪些目录组成，每个目录下存放什么文件、实现什么功能，以及各个目录间的依赖关系是什么等。在我看来，一个好的目录结构至少要满足以下几个要求。
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* **命名清晰**：目录命名要清晰、简洁，不要太长，也不要太短，目录名要能清晰地表达出该目录实现的功能，并且目录名最好用单数。一方面是因为单数足以说明这个目录的功能，另一方面可以统一规范，避免单复混用的情况。
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* **功能明确**：一个目录所要实现的功能应该是明确的、并且在整个项目目录中具有很高的辨识度。也就是说，当需要新增一个功能时，我们能够非常清楚地知道把这个功能放在哪个目录下。
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* **全面性**：目录结构应该尽可能全面地包含研发过程中需要的功能，例如文档、脚本、源码管理、API 实现、工具、第三方包、测试、编译产物等。
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* **可预测性**：项目规模一定是从小到大的，所以一个好的目录结构应该能够在项目变大时，仍然保持之前的目录结构。
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* **可扩展性**：每个目录下存放了同类的功能，在项目变大时，这些目录应该可以存放更多同类功能。举个例子，有如下目录结构：
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$ ls internal/
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app pkg README.md
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internal 目录用来实现内部代码，app 和 pkg 目录下的所有文件都属于内部代码。如果 internal 目录不管项目大小，永远只有 2 个文件 app 和 pkg，那么就说明 internal 目录是不可扩展的。
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相反，如果 internal 目录下直接存放每个组件的源码目录（一个项目可以由一个或多个组件组成），当项目变大、组件增多时，可以将新增加的组件代码存放到 internal 目录，这时 internal 目录就是可扩展的。例如：
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```
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$ ls internal/
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apiserver authzserver iamctl pkg pump watcher
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```
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刚才我讲了目录结构的总体规范，现在来看 2 个具体的、可以作为目录规范的目录结构。
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通常，**根据功能，我们可以将目录结构分为结构化目录结构和平铺式目录结构两种**。结构化目录结构主要用在 Go 应用中，相对来说比较复杂；而平铺式目录结构主要用在 Go 包中，相对来说比较简单。
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因为平铺式目录结构比较简单，所以接下来先介绍它。
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## 平铺式目录结构
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一个 Go 项目可以是一个应用，也可以是一个代码框架/库，当项目是代码框架/库时，比较适合采用平铺式目录结构。
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平铺方式就是在项目的根目录下存放项目的代码，整个目录结构看起来更像是一层的，这种方式在很多框架/库中存在，使用这种方式的好处是引用路径长度明显减少，比如 `github.com/marmotedu/log/pkg/options`，可缩短为 `github.com/marmotedu/log/options`。例如 log 包 `github.com/golang/glog` 就是平铺式的，目录如下：
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```
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$ ls glog/
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glog_file.go glog.go glog_test.go LICENSE README
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```
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接下来，我们来学习结构化目录结构，它比较适合 Go 应用，也比较复杂。
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## 结构化目录结构
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当前 Go 社区比较推荐的结构化目录结构是 [project-layout](https://github.com/golang-standards/project-layout) 。虽然它并不是官方和社区的规范，但因为组织方式比较合理，被很多 Go 开发人员接受。所以，我们可以把它当作是一个事实上的规范。
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首先，我们来看下在开发一个 Go 项目时，通常应该包含的功能。这些功能内容比较多，我放在了 GitHub 的 [Go项目通常包含的功能](https://github.com/marmotedu/geekbang-go/blob/master/Go%E9%A1%B9%E7%9B%AE%E9%80%9A%E5%B8%B8%E5%8C%85%E5%90%AB%E7%9A%84%E5%8A%9F%E8%83%BD.md) 里，我们设计的目录结构应该能够包含这些功能。
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我结合 project-layout，以及上面列出的 Go 项目常见功能，总结出了一套 Go 的代码结构组织方式，也就是 IAM 项目使用的目录结构。这种方式保留了 project-layout 优势的同时，还加入了一些我个人的理解，希望为你提供一个拿来即用的目录结构规范。
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接下来，我们一起看看这门课的实战项目所采用的 Go 目录结构。因为实战项目目录比较多，这里只列出了一些重要的目录和文件，你可以快速浏览以加深理解。
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├── api
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│ ├── openapi
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│ └── swagger
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├── build
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│ ├── ci
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│ ├── docker
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│ │ ├── iam-apiserver
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│ │ ├── iam-authz-server
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│ │ └── iam-pump
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│ ├── package
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├── CHANGELOG
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├── cmd
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│ ├── iam-apiserver
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│ │ └── apiserver.go
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│ ├── iam-authz-server
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│ │ └── authzserver.go
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│ ├── iamctl
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│ │ └── iamctl.go
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│ └── iam-pump
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│ └── pump.go
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├── configs
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├── CONTRIBUTING.md
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├── deployments
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├── docs
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│ ├── devel
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│ │ ├── en-US
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│ │ └── zh-CN
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│ ├── guide
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│ │ ├── en-US
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│ │ └── zh-CN
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│ ├── images
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│ └── README.md
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├── examples
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├── githooks
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├── go.mod
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├── go.sum
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├── init
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├── internal
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│ ├── apiserver
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│ │ ├── api
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│ │ │ └── v1
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│ │ │ └── user
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│ │ ├── apiserver.go
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│ │ ├── options
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│ │ ├── service
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│ │ ├── store
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│ │ │ ├── mysql
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│ │ │ ├── fake
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│ │ └── testing
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│ ├── authzserver
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│ │ ├── api
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│ │ │ └── v1
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│ │ │ └── authorize
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│ │ ├── options
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│ │ ├── store
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│ │ └── testing
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│ ├── iamctl
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│ │ ├── cmd
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│ │ │ ├── completion
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│ │ │ ├── user
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│ │ └── util
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│ ├── pkg
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│ │ ├── code
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│ │ ├── options
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│ │ ├── server
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│ │ ├── util
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│ │ └── validation
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├── LICENSE
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├── Makefile
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├── _output
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│ ├── platforms
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│ │ └── linux
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│ │ └── amd64
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├── pkg
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│ ├── util
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│ │ └── genutil
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├── README.md
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├── scripts
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│ ├── lib
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│ ├── make-rules
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├── test
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│ ├── testdata
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├── third_party
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│ └── forked
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└── tools
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```
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看到这一长串目录是不是有些晕？没关系，这里我们一起给这个大目录分下类，然后再具体看看每一类目录的作用，你就清楚了。
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在我看来，一个 Go 项目包含 3 大部分：Go 应用 、项目管理和文档。所以，我们的项目目录也可以分为这 3 大类。同时，Go 应用又贯穿开发阶段、测试阶段和部署阶段，相应的应用类的目录，又可以按开发流程分为更小的子类。当然了，这些是我建议的目录，Go 项目目录中还有一些不建议的目录。所以整体来看，我们的目录结构可以按下图所示的方式来分类：
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接下来你就先专心跟着我走一遍每个目录、每个文件的作用，等你下次组织代码目录的时候，可以再回过头来看看，那时你一定会理解得更深刻。
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### Go 应用 ：主要存放前后端代码
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首先，我们来说说开发阶段所涉及到的目录。我们开发的代码包含前端代码和后端代码，可以分别存放在前端目录和后端目录中。
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1. /web
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前端代码存放目录，主要用来存放Web静态资源，服务端模板和单页应用（SPAs）。
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2. /cmd
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一个项目有很多组件，可以把组件 main 函数所在的文件夹统一放在`/cmd` 目录下，例如：
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```
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$ ls cmd/
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gendocs geniamdocs genman genswaggertypedocs genyaml iam-apiserver iam-authz-server iamctl iam-pump
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$ ls cmd/iam-apiserver/
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apiserver.go
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```
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每个组件的目录名应该跟你期望的可执行文件名是一致的。这里要保证 `/cmd/<组件名>` 目录下不要存放太多的代码，如果你认为代码可以导入并在其他项目中使用，那么它应该位于 /pkg 目录中。如果代码不是可重用的，或者你不希望其他人重用它，请将该代码放到 /internal 目录中。
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3. /internal
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存放**私有应用**和库代码。如果一些代码，你不希望在其他应用和库中被导入，可以将这部分代码放在`/internal` 目录下。
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在引入其它项目 internal 下的包时，Go 语言会在编译时报错：
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An import of a path containing the element “internal” is disallowed
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if the importing code is outside the tree rooted at the parent of the
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"internal" directory.
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可以通过 Go 语言本身的机制来约束其他项目 import 项目内部的包。`/internal` 目录建议包含如下目录：
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* /internal/apiserver：该目录中存放真实的应用代码。这些应用的共享代码存放在`/internal/pkg` 目录下。
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* /internal/pkg：存放项目内可共享，项目外不共享的包。这些包提供了比较基础、通用的功能，例如工具、错误码、用户验证等功能。
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我的建议是，一开始将所有的共享代码存放在/`internal/pkg` 目录下，当该共享代码做好了对外开发的准备后，再转存到`/pkg`目录下。
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下面，我详细介绍下 IAM 项目的 `internal`目录 ，来加深你对 `internal` 的理解，目录结构如下：
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├── apiserver
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│ ├── api
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│ │ └── v1
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│ │ └── user
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│ ├── options
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│ ├── config
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│ ├── service
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│ │ └── user.go
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│ ├── store
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│ │ ├── mysql
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│ │ │ └── user.go
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│ │ ├── fake
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│ └── testing
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├── authzserver
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│ ├── api
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│ │ └── v1
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│ ├── options
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│ ├── store
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│ └── testing
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├── iamctl
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│ ├── cmd
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│ │ ├── cmd.go
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│ │ ├── info
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└── pkg
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├── code
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├── middleware
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├── options
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└── validation
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```
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/internal 目录大概分为 3 类子目录：
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* /internal/pkg：内部共享包存放的目录。
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* /internal/authzserver、/internal/apiserver、/internal/pump、/internal/iamctl：应用目录，里面包含应用程序的实现代码。
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* /internal/iamctl：对于一些大型项目，可能还会需要一个客户端工具。
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在每个应用程序内部，也会有一些目录结构，这些目录结构主要根据功能来划分：
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* /internal/apiserver/api/v1：HTTP API 接口的具体实现，主要用来做 HTTP 请求的解包、参数校验、业务逻辑处理、返回。注意这里的业务逻辑处理应该是轻量级的，如果业务逻辑比较复杂，代码量比较多，建议放到 /internal/apiserver/service 目录下。该源码文件主要用来串流程。
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* /internal/apiserver/options：应用的 command flag。
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* /internal/apiserver/config：根据命令行参数创建应用配置。
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* /internal/apiserver/service：存放应用复杂业务处理代码。
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* /internal/apiserver/store/mysql：一个应用可能要持久化的存储一些数据，这里主要存放跟数据库交互的代码，比如 Create、Update、Delete、Get、List 等。
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/internal/pkg 目录存放项目内可共享的包，通常可以包含如下目录：
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* /internal/pkg/code：项目业务 Code 码。
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* /internal/pkg/validation：一些通用的验证函数。
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* /internal/pkg/middleware：HTTP 处理链。
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4. /pkg
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/pkg 目录是 Go 语言项目中非常常见的目录，我们几乎能够在所有知名的开源项目（非框架）中找到它的身影，例如 Kubernetes、Prometheus、Moby、Knative 等。
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该目录中存放可以被外部应用使用的代码库，其他项目可以直接通过 import 导入这里的代码。所以，我们在将代码库放入该目录时一定要慎重。
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5. /vendor
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项目依赖，可通过 go mod vendor 创建。需要注意的是，如果是一个 Go 库，不要提交 vendor 依赖包。
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6. /third\_party
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外部帮助工具，分支代码或其他第三方应用（例如Swagger UI）。比如我们 fork 了一个第三方 go 包，并做了一些小的改动，我们可以放在目录/third\_party/forked 下。一方面可以很清楚的知道该包是 fork 第三方的，另一方面又能够方便地和 upstream 同步。
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### Go 应用：主要存放测试相关的文件和代码
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接着，我们再来看下测试阶段相关的目录，它可以存放测试相关的文件。
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7. /test
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用于存放其他外部测试应用和测试数据。/test 目录的构建方式比较灵活：对于大的项目，有一个数据子目录是有意义的。例如，如果需要 Go 忽略该目录中的内容，可以使用/test/data 或/test/testdata 目录。
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需要注意的是，**Go 也会忽略以“.”或 “\_” 开头的目录或文件。**这样在命名测试数据目录方面，可以具有更大的灵活性。
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### Go 应用：存放跟应用部署相关的文件
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接着，我们再来看下与部署阶段相关的目录，这些目录可以存放部署相关的文件。
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8. /configs
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这个目录用来配置文件模板或默认配置。例如，可以在这里存放 confd 或 consul-template 模板文件。这里有一点要注意，配置中不能携带敏感信息，这些敏感信息，我们可以用占位符来替代，例如：
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apiVersion: v1
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user:
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username: ${CONFIG_USER_USERNAME} # iam 用户名
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password: ${CONFIG_USER_PASSWORD} # iam 密码
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9. /deployments
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用来存放 Iaas、PaaS 系统和容器编排部署配置和模板（Docker-Compose，Kubernetes/Helm，Mesos，Terraform，Bosh）。在一些项目，特别是用 Kubernetes 部署的项目中，这个目录可能命名为 deploy。
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为什么要将这类跟 Kubernetes 相关的目录放到目录结构中呢？主要是因为当前软件部署基本都在朝着容器化的部署方式去演进。
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10. /init
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存放初始化系统（systemd，upstart，sysv）和进程管理配置文件（runit，supervisord）。比如 sysemd 的 unit 文件。这类文件，在非容器化部署的项目中会用到。
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### 项目管理：存放用来管理 Go 项目的各类文件
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在做项目开发时，还有些目录用来存放项目管理相关的文件，这里我们一起来看下。
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11. /Makefile
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虽然 Makefile 是一个很老的项目管理工具，但它仍然是最优秀的项目管理工具。所以，一个 Go 项目在其根目录下应该有一个 Makefile 工具，用来对项目进行管理，Makefile 通常用来执行静态代码检查、单元测试、编译等功能。其他常见功能，你可以参考这里： [Makefile常见管理内容](https://github.com/marmotedu/geekbang-go/blob/master/Makefile%E5%B8%B8%E8%A7%81%E7%AE%A1%E7%90%86%E5%86%85%E5%AE%B9.md) 。
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我还有一条建议：直接执行 make 时，执行如下各项 `format -> lint -> test -> build`，如果是有代码生成的操作，还可能需要首先生成代码 `gen -> format -> lint -> test -> build`。
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在实际开发中，我们可以将一些重复性的工作自动化，并添加到 Makefile 文件中统一管理。
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12. /scripts
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该目录主要用来存放脚本文件，实现构建、安装、分析等不同功能。不同项目，里面可能存放不同的文件，但通常可以考虑包含以下 3 个目录：
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* /scripts/make-rules：用来存放 makefile 文件，实现/Makefile 文件中的各个功能。Makefile 有很多功能，为了保持它的简洁，我建议你将各个功能的具体实现放在`/scripts/make-rules` 文件夹下。
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* /scripts/lib：shell 库，用来存放 shell 脚本。一个大型项目中有很多自动化任务，比如发布、更新文档、生成代码等，所以要写很多 shell 脚本，这些 shell 脚本会有一些通用功能，可以抽象成库，存放在`/scripts/lib` 目录下，比如 logging.sh，util.sh 等。
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* /scripts/install：如果项目支持自动化部署，可以将自动化部署脚本放在此目录下。如果部署脚本简单，也可以直接放在/scripts 目录下。
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另外，shell 脚本中的函数名，建议采用语义化的命名方式，例如 `iam::log::info` 这种语义化的命名方式，可以使调用者轻松的辨别出函数的功能类别，便于函数的管理和引用。在Kubernetes 的脚本中，就大量采用了这种命名方式。
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13. /build
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这里存放安装包和持续集成相关的文件。这个目录下有 3 个大概率会使用到的目录，在设计目录结构时可以考虑进去。
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* /build/package：存放容器（Docker）、系统（deb, rpm, pkg）的包配置和脚本。
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* /build/ci：存放 CI（travis，circle，drone）的配置文件和脚本。
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* /build/docker：存放子项目各个组件的 Dockerfile 文件。
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14. /tools
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存放这个项目的支持工具。这些工具可导入来自/pkg 和/internal 目录的代码。
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15. /githooks
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Git 钩子。比如，我们可以将 commit-msg 存放在该目录。
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16. /assets
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项目使用的其他资源(图片、CSS、JavaScript 等)。
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17. /website
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如果你不使用 GitHub 页面，那么可以在这里放置项目网站相关的数据。
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### 文档：主要存放项目的各类文档
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一个项目，也包含一些文档，这些文档有很多类别，也需要一些目录来存放这些文档，这里我们也一起来看下。
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18. /README.md
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项目的 README 文件一般包含了项目的介绍、功能、快速安装和使用指引、详细的文档链接以及开发指引等。有时候 README 文档会比较长，为了能够快速定位到所需内容，需要添加 markdown toc 索引，可以借助工具 [tocenize](https://github.com/nochso/tocenize) 来完成索引的添加。
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这里还有个建议，前面我们也介绍过 README 是可以规范化的，所以这个 README 文档，可以通过脚本或工具来自动生成。
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19. /docs
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存放设计文档、开发文档和用户文档等（除了 godoc 生成的文档）。推荐存放以下几个子目录：
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* /docs/devel/{en-US,zh-CN}：存放开发文档、hack 文档等。
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* /docs/guide/{en-US,zh-CN}: 存放用户手册，安装、quickstart、产品文档等，分为中文文档和英文文档。
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* /docs/images：存放图片文件。
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20. /CONTRIBUTING.md
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如果是一个开源就绪的项目，最好还要有一个 CONTRIBUTING.md 文件，用来说明如何贡献代码，如何开源协同等等。CONTRIBUTING.md 不仅能够规范协同流程，还能降低第三方开发者贡献代码的难度。
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21. /api
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/api 目录中存放的是当前项目对外提供的各种不同类型的 API 接口定义文件，其中可能包含类似 `/api/protobuf-spec`、`/api/thrift-spec`、`/api/http-spec`、`openapi`、`swagger` 的目录，这些目录包含了当前项目对外提供和依赖的所有 API 文件。例如，如下是 IAM 项目的/api 目录：
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```
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├── openapi/
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│ └── README.md
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└── swagger/
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├── docs/
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├── README.md
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└── swagger.yaml
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```
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二级目录的主要作用，就是在一个项目同时提供了多种不同的访问方式时，可以分类存放。用这种方式可以避免潜在的冲突，也能让项目结构更加清晰。
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22. /LICENSE
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版权文件可以是私有的，也可以是开源的。常用的开源协议有：Apache 2.0、MIT、BSD、GPL、Mozilla、LGPL。有时候，公有云产品为了打造品牌影响力，会对外发布一个本产品的开源版本，所以在项目规划初期最好就能规划下未来产品的走向，选择合适的 LICENSE。
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为了声明版权，你可能会需要将 LICENSE 头添加到源码文件或者其他文件中，这部分工作可以通过工具实现自动化，推荐工具： [addlicense](https://github.com/marmotedu/addlicense) 。
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当代码中引用了其它开源代码时，需要在 LICENSE 中说明对其它源码的引用，这就需要知道代码引用了哪些源码，以及这些源码的开源协议，可以借助工具来进行检查，推荐工具： [glice](https://github.com/ribice/glice) 。至于如何说明对其它源码的引用，大家可以参考下 IAM 项目的 [LICENSE](https://github.com/marmotedu/iam/blob/master/LICENSE) 文件。
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23. /CHANGELOG
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当项目有更新时，为了方便了解当前版本的更新内容或者历史更新内容，需要将更新记录存放到 CHANGELOG 目录。编写 CHANGELOG 是一个复杂、繁琐的工作，我们可以结合 [Angular规范](https://github.com/angular/angular/blob/22b96b9/CONTRIBUTING.md#-commit-message-guidelines) 和 [git-chglog](https://github.com/git-chglog/git-chglog) 来自动生成 CHANGELOG。
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24. /examples
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存放应用程序或者公共包的示例代码。这些示例代码可以降低使用者的上手门槛。
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### 不建议的目录
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除了上面这些我们建议的目录，在 Go 项目中，还有一些目录是不建议包含的，这些目录不符合 Go 的设计哲学。
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1. /src/
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一些开发语言，例如 Java 项目中会有 src 目录。在 Java 项目中， src 目录是一种常见的模式，但在 Go 项目中，不建议使用 src 目录。
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其中一个重要的原因是：在默认情况下，Go 语言的项目都会被放置到`$GOPATH/src` 目录下。这个目录中存放着所有代码，如果我们在自己的项目中使用`/src` 目录，这个包的导入路径中就会出现两个 src，例如：
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```
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$GOPATH/src/github.com/marmotedu/project/src/main.go
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```
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这样的目录结构看起来非常怪。
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2. xxs/
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在 Go 项目中，要避免使用带复数的目录或者包。建议统一使用单数。
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## 一些建议
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上面介绍的目录结构包含很多目录，但一个小型项目用不到这么多目录。对于小型项目，可以考虑先包含 cmd、pkg、internal 3 个目录，其他目录后面按需创建，例如：
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```
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$ tree --noreport -L 2 tms
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tms
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├── cmd
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├── internal
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├── pkg
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└── README.md
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```
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另外，在设计目录结构时，一些空目录无法提交到 Git 仓库中，但我们又想将这个空目录上传到 Git 仓库中，以保留目录结构。这时候，可以在空目录下加一个 `.keep` 文件，例如：
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```
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$ ls -A build/ci/
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.keep
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```
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## 总结
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今天我们主要学习了怎么设计代码的目录结构。先讲了目录结构的设计思路：在设计目录结构时，要确保目录名是清晰的，功能是明确的，并且设计的目录结构是可扩展的。
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然后，我们一起学习了 2 种具体的目录结构：结构化目录结构和平铺式目录结构。结构化目录结构比较适合 Go 应用，平铺式目录结构比较适合框架/库。因为这2种目录结构组织比较合理，可以把它们作为目录规范来使用。
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你还可以结合实战项目的例子，来加深对这两种目录结构的理解。对于结构化目录结构，你可以参考这门课 [IAM](https://github.com/marmotedu/iam) 实战项目的目录结构；对于平铺式的目录结构，你可以参考这门课实战部分设计的 [log](https://github.com/marmotedu/log) 包。
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## 课后练习
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1. 试着用本节课描述的目录规范，重构下你当前的项目，并看下有啥优缺点。
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2. 思考下你工作中遇到过哪些比较好的目录结构，它们有什么优点和可以改进的地方。
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欢迎你在留言区与我交流讨论，我们下一讲见。
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