Go 语言简介(下)— 特性

Wesley13
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goroutine

GoRoutine主要是使用go关键字来调用函数,你还可以使用匿名函数,如下所示:

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packagemain

import"fmt"

func f(msg string) {

    fmt.Println(msg)

}

func main(){

    go f("goroutine")

    go func(msg string) {

        fmt.Println(msg)

    }("going")

}

我们再来看一个示例,下面的代码中包括很多内容,包括时间处理,随机数处理,还有goroutine的代码。如果你熟悉C语言,你应该会很容易理解下面的代码。

你可以简单的把go关键字调用的函数想像成pthread_create。下面的代码使用for循环创建了3个线程,每个线程使用一个随机的Sleep时间,然后在routine()函数中会输出一些线程执行的时间信息。

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packagemain

import"fmt"

import"time"

import"math/rand"

func routine(name string, delay time.Duration) {

    t0 := time.Now()

    fmt.Println(name," start at ", t0)

    time.Sleep(delay)

    t1 := time.Now()

    fmt.Println(name," end at ", t1)

    fmt.Println(name," lasted ", t1.Sub(t0))

}

func main() {

    //生成随机种子

    rand.Seed(time.Now().Unix())

    var name string

    fori:=0; i<3; i++{

        name = fmt.Sprintf("go_%02d", i)//生成ID

        //生成随机等待时间,从0-4秒

        go routine(name, time.Duration(rand.Intn(5)) * time.Second)

    }

    //让主进程停住,不然主进程退了,goroutine也就退了

    var input string

    fmt.Scanln(&input)

    fmt.Println("done")

}

运行的结果可能是:

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go_00  start at  2012-11-04 19:46:35.8974894 +0800 +0800

go_01  start at  2012-11-04 19:46:35.8974894 +0800 +0800

go_02  start at  2012-11-04 19:46:35.8974894 +0800 +0800

go_01  end at  2012-11-04 19:46:36.8975894 +0800 +0800

go_01  lasted  1.0001s

go_02  end at  2012-11-04 19:46:38.8987895 +0800 +0800

go_02  lasted  3.0013001s

go_00  end at  2012-11-04 19:46:39.8978894 +0800 +0800

go_00  lasted  4.0004s

goroutine的并发安全性

关于goroutine,我试了一下,无论是Windows还是Linux,基本上来说是用操作系统的线程来实现的。不过,goroutine有个特性,也就是说,如果一个goroutine没有被阻塞,那么别的goroutine就不会得到执行。这并不是真正的并发,如果你要真正的并发,你需要在你的main函数的第一行加上下面的这段代码:

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import"runtime"

...

runtime.GOMAXPROCS(4)

还是让我们来看一个有并发安全性问题的示例(注意:我使用了C的方式来写这段Go的程序)

这是一个经常出现在教科书里卖票的例子,我启了5个goroutine来卖票,卖票的函数sell_tickets很简单,就是随机的sleep一下,然后对全局变量total_tickets作减一操作。

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packagemain

import"fmt"

import"time"

import"math/rand"

import"runtime"

var total_tickets int32 =10;

func sell_tickets(iint){

    for{

        iftotal_tickets >0{//如果有票就卖

            time.Sleep( time.Duration(rand.Intn(5)) * time.Millisecond)

            total_tickets--//卖一张票

            fmt.Println("id:", i,"  ticket:", total_tickets)

        }else{

            break

        }

    }

}

func main() {

    runtime.GOMAXPROCS(4)//我的电脑是4核处理器,所以我设置了4

    rand.Seed(time.Now().Unix())//生成随机种子

    fori :=0; i <5; i++ {//并发5个goroutine来卖票

         go sell_tickets(i)

    }

    //等待线程执行完

    var input string

    fmt.Scanln(&input)

    fmt.Println(total_tickets,"done")//退出时打印还有多少票

}

这个程序毋庸置疑有并发安全性问题,所以执行起来你会看到下面的结果:

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$go run sell_tickets.go

id: 0   ticket: 9 

id: 0   ticket: 8 

id: 4   ticket: 7 

id: 1   ticket: 6 

id: 3   ticket: 5 

id: 0   ticket: 4 

id: 3   ticket: 3 

id: 2   ticket: 2 

id: 0   ticket: 1 

id: 3   ticket: 0 

id: 1   ticket: -1 

id: 4   ticket: -2 

id: 2   ticket: -3 

id: 0   ticket: -4 

-4done

可见,我们需要使用上锁,我们可以使用互斥量来解决这个问题。下面的代码,我只列出了修改过的内容:

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packagemain

import"fmt"

import"time"

import"math/rand"

import"sync"

import"runtime"

var total_tickets int32 =10;

var mutex = &sync.Mutex{}//可简写成:var mutex sync.Mutex

func sell_tickets(iint){

    fortotal_tickets>0{

        mutex.Lock()

        iftotal_tickets >0{

            time.Sleep( time.Duration(rand.Intn(5)) * time.Millisecond)

            total_tickets--

            fmt.Println(i, total_tickets)

        }

        mutex.Unlock()

    }

}

.......

......

原子操作

说到并发就需要说说原子操作,相信大家还记得我写的那篇《无锁队列的实现》一文,里面说到了一些CAS – CompareAndSwap的操作。Go语言也支持。你可以看一下相当的文档

我在这里就举一个很简单的示例:下面的程序有10个goroutine,每个会对cnt变量累加20次,所以,最后的cnt应该是200。如果没有atomic的原子操作,那么cnt将有可能得到一个小于200的数。

下面使用了atomic操作,所以是安全的。

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packagemain

import"fmt"

import"time"

import"sync/atomic"

func main() {

    var cnt uint32 =0

    fori :=0; i <10; i++ {

        go func() {

            fori:=0; i<20; i++ {

                time.Sleep(time.Millisecond)

                atomic.AddUint32(&cnt,1)

            }

        }()

    }

    time.Sleep(time.Second)//等一秒钟等goroutine完成

    cntFinal := atomic.LoadUint32(&cnt)//取数据

    fmt.Println("cnt:", cntFinal)

}

这样的函数还有很多,参看go的atomic包文档(被墙)

Channel 信道

Channal是什么?Channal就是用来通信的,就像Unix下的管道一样,在Go中是这样使用Channel的。

下面的程序演示了一个goroutine和主程序通信的例程。这个程序足够简单了。

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packagemain

import"fmt"

func main() {

    //创建一个string类型的channel

    channel := make(chan string)

    //创建一个goroutine向channel里发一个字符串

    go func() { channel <-"hello"}()

    msg := <- channel

    fmt.Println(msg)

}

指定channel的buffer

指定buffer的大小很简单,看下面的程序:

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packagemain

import"fmt"

func main() {

    channel := make(chan string,2)

    go func() {

        channel <-"hello"

        channel <-"World"

    }()

    msg1 := <-channel

    msg2 := <-channel

    fmt.Println(msg1, msg2)

}

Channel的阻塞

注意,channel默认上是阻塞的,也就是说,如果Channel满了,就阻塞写,如果Channel空了,就阻塞读。于是,我们就可以使用这种特性来同步我们的发送和接收端。

下面这个例程说明了这一点,代码有点乱,不过我觉得不难理解。

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packagemain

import"fmt"

import"time"

func main() {

    channel := make(chan string)//注意: buffer为1

    go func() {

        channel <-"hello"

        fmt.Println("write \"hello\" done!")

        channel <-"World"//Reader在Sleep,这里在阻塞

        fmt.Println("write \"World\" done!")

        fmt.Println("Write go sleep...")

        time.Sleep(3*time.Second)

        channel <-"channel"

        fmt.Println("write \"channel\" done!")

    }()

    time.Sleep(2*time.Second)

    fmt.Println("Reader Wake up...")

    msg := <-channel

    fmt.Println("Reader: ", msg)

    msg = <-channel

    fmt.Println("Reader: ", msg)

    msg = <-channel//Writer在Sleep,这里在阻塞

    fmt.Println("Reader: ", msg)

}

上面的代码输出的结果如下:

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Reader Wake up...

Reader:  hello

write"hello"done!

write"World"done!

Write gosleep...

Reader:  World

write"channel"done!

Reader:  channel

Channel阻塞的这个特性还有一个好处是,可以让我们的goroutine在运行的一开始就阻塞在从某个channel领任务,这样就可以作成一个类似于线程池一样的东西。关于这个程序我就不写了。我相信你可以自己实现的。

多个Channel的select

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packagemain

import"time"

import"fmt"

func main() {

    //创建两个channel - c1 c2

    c1 := make(chan string)

    c2 := make(chan string)

    //创建两个goruntine来分别向这两个channel发送数据

    go func() {

        time.Sleep(time.Second *1)

        c1 <-"Hello"

    }()

    go func() {

        time.Sleep(time.Second *1)

        c2 <-"World"

    }()

    //使用select来侦听两个channel

    fori :=0; i <2; i++ {

        select {

        casemsg1 := <-c1:

            fmt.Println("received", msg1)

        casemsg2 := <-c2:

            fmt.Println("received", msg2)

        }

    }

}

注意:上面的select是阻塞的,所以,才搞出ugly的for i <2这种东西**。
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Channel select阻塞的Timeout

解决上述那个for循环的问题,一般有两种方法:一种是阻塞但有timeout,一种是无阻塞。我们来看看如果给select设置上timeout的。

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for{

    timeout_cnt := 0

    select {

    casemsg1 := <-c1:

        fmt.Println("msg1 received", msg1)

    casemsg2 := <-c2:

        fmt.Println("msg2 received", msg2)

    case <-time.After(time.Second * 30):

        fmt.Println("Time Out")

        timout_cnt++

    }

    iftime_cnt > 3 {

        break

    }

}

上面代码中高亮的代码主要是用来让select返回的,注意 case中的time.After事件。

Channel的无阻塞

好,我们再来看看无阻塞的channel,其实也很简单,就是在select中加入default,如下所示:

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for{

    select {

    casemsg1 := <-c1:

        fmt.Println("received", msg1)

    casemsg2 := <-c2:

        fmt.Println("received", msg2)

    default://default会导致无阻塞

        fmt.Println("nothing received!")

        time.Sleep(time.Second)

    }

}

Channel的关闭

关闭Channel可以通知对方内容发送完了,不用再等了。参看下面的例程:

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packagemain

import"fmt"

import"time"

import"math/rand"

func main() {

    channel := make(chan string)

    rand.Seed(time.Now().Unix())

    //向channel发送随机个数的message

    go func () {

        cnt := rand.Intn(10)

        fmt.Println("message cnt :", cnt)

        fori:=0; i<cnt; i++{

            channel <- fmt.Sprintf("message-%2d", i)

        }

        close(channel)//关闭Channel

    }()

    var more bool =true

    var msg string

    formore {

        select{

        //channel会返回两个值,一个是内容,一个是还有没有内容

        casemsg, more = <- channel:

            ifmore {

                fmt.Println(msg)

            }else{

                fmt.Println("channel closed!")

            }

        }

    }

}

定时器

Go语言中可以使用time.NewTimer或time.NewTicker来设置一个定时器,这个定时器会绑定在你的当前channel中,通过channel的阻塞通知机器来通知你的程序。

下面是一个timer的示例。

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packagemain

import"time"

import"fmt"

func main() {

    timer := time.NewTimer(2*time.Second)

    <- timer.C

    fmt.Println("timer expired!")

}

上面的例程看起来像一个Sleep,是的,不过Timer是可以Stop的。你需要注意Timer只通知一次。如果你要像C中的Timer能持续通知的话,你需要使用Ticker。下面是Ticker的例程:

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packagemain

import"time"

import"fmt"

func main() {

    ticker := time.NewTicker(time.Second)

    fort := range ticker.C {

        fmt.Println("Tick at", t)

    }

}

上面的这个ticker会让你程序进入死循环,我们应该放其放在一个goroutine中。下面这个程序结合了timer和ticker

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packagemain

import"time"

import"fmt"

func main() {

    ticker := time.NewTicker(time.Second)

    go func () {

        fort := range ticker.C {

            fmt.Println(t)

        }

    }()

    //设置一个timer,10钞后停掉ticker

    timer := time.NewTimer(10*time.Second)

    <- timer.C

    ticker.Stop()

    fmt.Println("timer expired!")

}

Socket编程

下面是我尝试的一个Echo Server的Socket代码,感觉还是挺简单的。

Server端

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packagemain

import(

    "net"

    "fmt"

    "io"

)

constRECV_BUF_LEN =1024

func main() {

    listener, err := net.Listen("tcp","0.0.0.0:6666")//侦听在6666端口

    iferr != nil {

        panic("error listening:"+err.Error())

    }

    fmt.Println("Starting the server")

    for{

        conn, err := listener.Accept()//接受连接

        iferr != nil {

            panic("Error accept:"+err.Error())

        }

        fmt.Println("Accepted the Connection :", conn.RemoteAddr())

        go EchoServer(conn)

    }

}

func EchoServer(conn net.Conn) {

    buf := make([]byte, RECV_BUF_LEN)

    defer conn.Close()

    for{

        n, err := conn.Read(buf);

        switcherr {

            casenil:

                conn.Write( buf[0:n] )

            caseio.EOF:

                fmt.Printf("Warning: End of data: %s \n", err);

                return

            default:

                fmt.Printf("Error: Reading data : %s \n", err);

                return

        }

     }

}

Client端

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packagemain

import(

    "fmt"

    "time"

    "net"

)

constRECV_BUF_LEN =1024

func main() {

    conn,err := net.Dial("tcp","127.0.0.1:6666")

    iferr != nil {

        panic(err.Error())

    }

    defer conn.Close()

    buf := make([]byte, RECV_BUF_LEN)

    fori :=0; i <5; i++ {

        //准备要发送的字符串

        msg := fmt.Sprintf("Hello World, %03d", i)

        n, err := conn.Write([]byte(msg))

        iferr != nil {

            println("Write Buffer Error:", err.Error())

            break

        }

        fmt.Println(msg)

        //从服务器端收字符串

        n, err = conn.Read(buf)

        iferr !=nil {

            println("Read Buffer Error:", err.Error())

            break

        }

        fmt.Println(string(buf[0:n]))

        //等一秒钟

        time.Sleep(time.Second)

    }

}

系统调用

Go语言那么C,所以,一定会有一些系统调用。Go语言主要是通过两个包完成的。一个是os包,一个是syscall包。(注意,链接被墙)

这两个包里提供都是Unix-Like的系统调用,

  • syscall里提供了什么Chroot/Chmod/Chmod/Chdir…,Getenv/Getgid/Getpid/Getgroups/Getpid/Getppid…,还有很多如Inotify/Ptrace/Epoll/Socket/…的系统调用。

  • os包里提供的东西不多,主要是一个跨平台的调用。它有三个子包,Exec(运行别的命令), Signal(捕捉信号)和User(通过uid查name之类的)

syscall包的东西我不举例了,大家可以看看《Unix高级环境编程》一书。

os里的取几个例:

环境变量

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packagemain

import"os"

import"strings"

func main() {

    os.Setenv("WEB"," http://coolshell.cn") //设置环境变量

    println(os.Getenv("WEB"))//读出来

    for_, env := range os.Environ() {//穷举环境变量

        e := strings.Split(env,"=")

        println(e[0],"=", e[1])

    }

}

执行命令行

下面是一个比较简单的示例

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packagemain

import"os/exec"

import"fmt"

func main() {

    cmd := exec.Command("ping","127.0.0.1")

    out, err := cmd.Output()

    iferr!=nil {

        println("Command Error!", err.Error())

        return

    }

    fmt.Println(string(out))

}

正规一点的用来处理标准输入和输出的示例如下:

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packagemain

import(

    "strings"

    "bytes"

    "fmt"

    "log"

    "os/exec"

)

func main() {

    cmd := exec.Command("tr","a-z","A-Z")

    cmd.Stdin = strings.NewReader("some input")

    var out bytes.Buffer

    cmd.Stdout = &out

    err := cmd.Run()

    iferr != nil {

        log.Fatal(err)

    }

    fmt.Printf("in all caps: %q\n", out.String())

}

命令行参数

Go语言中处理命令行参数很简单:(使用os的Args就可以了)

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func main() {

    args := os.Args

    fmt.Println(args)//带执行文件的

    fmt.Println(args[1:])//不带执行文件的

}

在Windows下,如果运行结果如下:

C:\Projects\Go>go run args.go aaa bbb ccc ddd
[C:\Users\haoel\AppData\Local\Temp\go-build742679827\command-line-arguments\_
obj\a.out.exe aaa bbb ccc ddd]
[aaa bbb ccc ddd]

那么,如果我们要搞出一些像 mysql -uRoot -hLocalhost -pPwd 或是像 cc -O3 -Wall -o a a.c 这样的命令行参数我们怎么办?Go提供了一个package叫flag可以容易地做到这一点

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packagemain

import"flag"

import"fmt"

func main() {

    //第一个参数是“参数名”,第二个是“默认值”,第三个是“说明”。返回的是指针

    host := flag.String("host","coolshell.cn","a host name ")

    port := flag.Int("port",80,"a port number")

    debug := flag.Bool("d",false,"enable/disable debug mode")

    //正式开始Parse命令行参数

    flag.Parse()

    fmt.Println("host:", *host)

    fmt.Println("port:", *port)

    fmt.Println("debug:", *debug)

}

执行起来会是这个样子:

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#如果没有指定参数名,则使用默认值

$ go run flagtest.go

host: coolshell.cn

port: 80

debug:false

#指定了参数名后的情况

$ go run flagtest.go -host=localhost -port=22 -d

host: localhost

port: 22

debug:true

#用法出错了(如:使用了不支持的参数,参数没有=)

$ go build flagtest.go

$ ./flagtest-debug -host localhost -port=22

flag provided but not defined: -debug

Usage of flagtest:

  -d=false:enable/disabledebug mode

  -host="coolshell.cn": a host name

  -port=80: a port number

exitstatus 2

感觉还是挺不错的吧。

一个简单的HTTP Server

代码胜过千言万语。呵呵。这个小程序让我又找回以前用C写CGI的时光了。(Go的官方文档是《**Writing Web Applications**》)

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packagemain

import(

    "fmt"

    "net/http"

    "io/ioutil"

    "path/filepath"

)

consthttp_root ="/home/haoel/coolshell.cn/"

func main() {

    http.HandleFunc("/", rootHandler)

    http.HandleFunc("/view/", viewHandler)

    http.HandleFunc("/html/", htmlHandler)

    http.ListenAndServe(":8080", nil)

}

//读取一些HTTP的头

func rootHandler(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {

    fmt.Fprintf(w,"rootHandler: %s\n", r.URL.Path)

    fmt.Fprintf(w,"URL: %s\n", r.URL)

    fmt.Fprintf(w,"Method: %s\n", r.Method)

    fmt.Fprintf(w,"RequestURI: %s\n", r.RequestURI )

    fmt.Fprintf(w,"Proto: %s\n", r.Proto)

    fmt.Fprintf(w,"HOST: %s\n", r.Host)

}

//特别的URL处理

func viewHandler(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {

    fmt.Fprintf(w,"viewHandler: %s", r.URL.Path)

}

//一个静态网页的服务示例。(在http_root的html目录下)

func htmlHandler(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {

    fmt.Printf("htmlHandler: %s\n", r.URL.Path)

    filename := http_root + r.URL.Path

    fileext := filepath.Ext(filename)

    content, err := ioutil.ReadFile(filename)

    iferr != nil {

        fmt.Printf("   404 Not Found!\n")

        w.WriteHeader(http.StatusNotFound)

        return

    }

    var contype string

    switchfileext {

        case".html","htm":

            contype ="text/html"

        case".css":

            contype ="text/css"

        case".js":

            contype ="application/javascript"

        case".png":

            contype ="image/png"

        case".jpg",".jpeg":

            contype ="image/jpeg"

        case".gif":

            contype ="image/gif"

        default:

            contype ="text/plain"

    }

    fmt.Printf("ext %s, ct = %s\n", fileext, contype)

    w.Header().Set("Content-Type", contype)

    fmt.Fprintf(w,"%s", content)

}

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