Golang | 并发

goroutine

协程(Coroutine)

Golang 在语言层面对并发编程进行了支持,使用了一种协程(goroutine)机制,

协程本质上是一种用户态线程,不需要操作系统来进行抢占式调度,但是又寄生于线程中,因此系统开销极小,可以有效的提高线程的任务并发性,而避免多线程的缺点。但是协程需要语言上的支持,需要用户自己实现调度器,因为在Go语言中,实现了调度器所以我们可以很方便的能过 go关键字来使用协程。

func main() {
	for i := 0; i <10; i++ {
		go func(i int) {
			for  {
				fmt.Printf("Hello goroutine %d\n",i)
			}
		}(i)
	}
	time.Sleep(time.Millisecond)
}

最简单的一个并发编程小例子,并发输出一段话。

我们同时开了10个协程进行输出,每次在fmt.printf时交出控制权(不一定每次都会交出控制权),回到调度器中,再由调度器分配。

goroutine 可能切换的点

  • I/O,Select
  • channel
  • 等待锁
  • 函数调用
  • runtime.Gosched()

我们看一个小例子:

func main() {
	var a [10]int
	for i := 0; i <10; i++ {
		go func(i int) {
			for  {
				a[i]++
			}
		}(i)
	}
	time.Sleep(time.Millisecond)
	fmt.Println(a)
}

在这里,代码直接锁死,程序没有退出,因为在执行函数中没有协程的切换,因为 main函数也是一个协程。

如果想要程序退出,可以通过 runtime.Gosched()函数,在执行函数中添加一行。

for  {
  a[i]++
  runtime.Gosched()
}

加上这个函数之后,代码是可以正常执行了,但是真的是正常执行吗?不一定,我们可以使用 -reac命令来看一下数据是否有冲突:

image-20220405153654391

这说明数据还是有冲突的,数组a中的元素一边在做自增,一边在输出。解决这个问题,我们只能使用 channel 来解决。

Channel

Channel 中 Go语言在语言级别提供了对 goroutine 之间通信的支持,我们可以使用 channel 在两个或者多个goroutine之间进行信息传递,能过 channel 传递对像的过程和调用函数时的参数传递行为一样,可以传递普通参数和指针。

Channel 有两种模式:

var ch1 = make(chan int)		// 无缓冲 channel,同步
var ch2 = make(chan int, 2)	// 有缓冲 channel, 异步

无缓冲的方式,数据进入 channel 只要没有被接收,就会处在阻塞状态。

var ch1 = make(chan int)		// 无缓冲 channel,同步
ch1 <- 1
ch1 <- 2
//  error: all goroutines are asleep - deadlock!
fmt.Println(<-ch1)

如果想要运行,必须要再开一个协程不停的去请求数据:

var ch1 = make(chan int)		// 无缓冲 channel,同步
go func() {
  for  {
    n := <-ch1
    fmt.Println(n)
  }
}()
ch1 <- 1
ch1 <- 2

有缓冲的方式,只要缓冲区没有满就可以一直进数据,缓冲区在填满之后没有接收也会处理阻塞状态。

func bufferChannel() {
	var ch2 = make(chan int,2)
	ch2<-1
	ch2<-2
	fmt.Println(ch2)
  // 不加这一行的话,是可以正常运行的
	ch2<-3			// error: all goroutines are asleep - deadlock!
}

chaanel 指定方向

比如我现在有一个函数创建一个 channel,并且不断的需要消费channel中的数据:

func worker(ch chan int) {
	for {
		fmt.Printf("hello goroutine worker %d\n", <-ch)
	}
}

func createWorker() chan int{
	ch := make(chan int)
	go worker(ch)
	return ch
}

func main() {
	ch := createWorker()
	ch<-1
	ch<-2
	ch<-3
	time.Sleep(time.Millisecond)
}

这个函数我是要给别人用的,但是我怎么保证使用 createWorker 函数创建的 channel 都是往里面传入数据的呢?

如果外面有人消费了这个 channel 中的数据,我们怎么限制?

这个时候,我们就可以给返回的channel 加上方向,指明这个 channel 中能往里传入数据,不能从中取数据:

func worker(ch <-chan int) {
	for {
		fmt.Printf("hello goroutine worker %d\n", <-ch)
	}
}

func createWorker() chan<- int{
	ch := make(chan int)
	go worker(ch)
	return ch
}

我们可以在返回 channel 的地方加上方向,指明返回的函数只能是一个往里传入数据,不能从中取数据。

并且我们还可以给专门消费的函数加上一个方向,指明这个函数只能出不能进。

channel 关闭

在使用 channel 的时候,随说我们可以等待channel中的函数使用完之后自己结束,或者等待 main 函数结束时关闭所有的 goroutine 函数,但是这样的方式显示不够优雅。

当一个数据我们明确知道他的结束时候,我们可以发送一个关闭信息给这个 channel ,当这个 channel 接收到这个信号之后,自己关闭。

// 方法一
func worker(ch <-chan int) {
	for {
		if c ,ok := <- ch;ok{
			fmt.Printf("hello goroutine worker %d\n", c)
		}else {
			break
		}
	}
}
// 方法二
func worker(ch <-chan int) {
	for c := range ch{
		fmt.Printf("hello goroutine worker %d\n", c)
	}
}

func main() {
	ch := createWorker()
	ch<-1
	ch<-2
	ch<-3
	close(ch)
	time.Sleep(time.Millisecond)
}

通过 Closeb函数,我们可以能过 channel 已经关闭,并且我们还可以通过两种方法判断通道内是否还有值。

Select

当我们在实际开发中,我们一般同时处理两个或者多个 channel 的数据,我们想要完成一个那个 channel 先来数据,我们先来处理个那 channel 怎么办呢?

此时,我们就可以使用 select 调度:

func genInt() chan int {
	ch := make(chan int)
	go func() {
		i := 0
		for {
			// 随机两秒以内生成一次数据
			time.Sleep(time.Duration(rand.Intn(2000)) * time.Millisecond)
			ch <- i
			i++
		}
	}()
	return ch
}

func main() {
	var c1 = genInt()
	var c2 = genInt()
	for {
		select {
		case n := <-c1:
			fmt.Printf("server 1 generator %d\n", n)
		case n := <- c2:
			fmt.Printf("server 2 generator %d\n", n)
		}
	}
}

定时器

	for {
		tick := time.Tick(time.Second)
		select {
		case n := <-c1:
			fmt.Printf("server 1 generator %d\n", n)
		case n := <-c2:
			fmt.Printf("server 2 generator %d\n", n)
		case <-tick:
			fmt.Println("定时每秒输出一次!")
		}
	}

超时

	for {
		tick := time.Tick(time.Second)
		select {
		case n := <-c1:
			fmt.Printf("server 1 generator %d\n", n)
		case n := <-c2:
			fmt.Printf("server 2 generator %d\n", n)
		case <-tick:
			fmt.Println("定时每秒输出一次!")
		case <-time.After(1300 * time.Millisecond): // 如果 1.3秒内没有数据进来,那么就输出超时
			fmt.Println("timeout")
		}
	}

传统的并发控制

sync.Mutex

type atomicInt struct {
	value int
	lock sync.Mutex
}

func (a *atomicInt) increment() {
	a.lock.Lock()
	defer a.lock.Unlock()		// 使用 defer 解锁,以防忘记
	a.value++
}

func main() {
	var a atomicInt
	a.increment()
	go func() {
		a.increment()
	}()
	time.Sleep(time.Millisecond)
	fmt.Println(a.value)
}

sync.WaitGroup

type waitGrouInt struct {
	value int
	wg sync.WaitGroup
}

func (w *waitGrouInt) addInt() {
	w.wg.Add(1)
	w.value++
}

func main() {
	var w waitGrouInt
	for i := 0; i < 10; i++ {
		w.addInt()
		w.wg.Done()
	}
	w.wg.Wait()
	fmt.Println(w.value)
}


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