11 Go语言 - 并发
九路 713 13

有人把 Go 比作 21 世纪的 C 语言

  • 第一是因为 Go 语言设计简单
  • 第二,21 世纪最重要的就是并行程序设计,而 GO 从语言层面就支持了并行。

goroutine

goroutine 是 Go 并行设计的核心。goroutine 说到底其实就是线程,但是他比线程更小,十几个 goroutine 可能体现在底层就是五六个线程,Go 语言内部帮你实现了这些 goroutine之间的内存共享。

执行 goroutine 只需极少的栈内存(大概是 4~5KB),当然会根据相应的数据伸缩。

也正因为如此,可同时运行成千上万个并发任务。goroutinethread 更易用、更高效、更轻便。goroutine 是通过 Go 的 runtime 管理的一个线程管理器。goroutine 通过 go关键字实现了,其实就是一个普通的函数。

go hello(a, b, c)

通过关键字 go 就启动了一个 goroutine。我们来看一个例子

package main

import (
    "fmt"
    "runtime"
)

func say(s string)  {
    for i := 0;i < 3;i++{
        runtime.Gosched()
        fmt.Println(s)
    }
}

func main() {
   go say("hello")
   say("world")
}

输出如下:

hello
world
world
world
hello
hello

我们可以看到 go 关键字很方便的就实现了并发编程。 上面的多个goroutine 运行在同一个进程里面,共享内存数据,不过设计上我们要遵循:不要通过共享来通信,而要通过通信来共享

runtime.Gosched()表示让CPU 把时间片让给别人,下次某个时候继续恢复执行该goroutine

默认情况下,调度器仅使用单线程,也就是说只实现了并发。想要发挥多核处理器的并行, 需要在我们的程序中显示的调用 runtime.GOMAXPROCS(n) 告诉调度器同时使用多个线程。GOMAXPROCS 设置了同时运行逻辑代码的系统线程的最大数量,并返回之前的设置。如果 n < 1,不会改变当前设置。 以后 Go 的新版本中调度得到改进后,这将被移除。

channels

channel就是goroutine之间通信的桥梁 goroutine运行在相同的地址空间,因此访问共享内存必须做好同步。那么 goroutine 之间如何进行数据的通信呢,Go 提供了一个很好的通信机制 channel

channel 可以与 Unix shell中的双向管道做类比: 可以通过它发送或者接收值。 这些值只能是特定的类型:channel 类型。

定义一个 channel 时,也需要定义发送到 channel 的值的类型。 注意,必须使用 make 创建 channel

注:chan是管道的关键字的意思

channel的声明和定义

  • 声明一个channel,如下 var c chan int //声明了一个c,里面存放的是int,但是这只是声明并不能往里面发送数据的,c此时是 nil

  • 如果想定义能发送接收数据的管道,用make创建,如下 c := make(chan int)//此时就可以往里面发送和获取数据了, 发送: c <- 10 //把10发送到c中 接收: n := <- c //从c中接收数据并赋值给n

ci := make(chan int)//定义一个存放int类型的channel,
cs := make(chan string) //定义一个存放string类型的channel
cf := make(chan interface{}) //定义一个可以存放任何类型的channel

往channel里面发送或者取出数据,用 <- ,方向就是数据的流向 比如

ch <- v     // 发送 v 到 ch
v := <-ch   // 从 ch 中接收数据,并赋值给 v

下面举例

package main

import "fmt"

//求数组 a 的各个元素的和,并把结果发送到管道ch中
func sum(a []int, ch chan int) {
    sum := 0
    for _, v := range a {
        sum += v
    }
    ch <- sum // send sum to c
}

func main() {
    c := make(chan int) //新建一个管道c ,里面存放int

    a := []int{1, 2, 3}
    b := []int{4, 5, 6}

    go sum(a, c) //将a中的各个元素之和发送到管道c中
    go sum(b, c) //将b中的各个元素之和发送的管理c中

    // 从管道c中取值赋值给x,y
    x, y := <-c, <-c 

    fmt.Println(x, y)
}

输出 15 6

默认情况下,channel 接收和发送数据都是阻塞的,除非另一端已经准备好,这样就使得 Goroutines 同步变的更加的简单,而不需要显式的 lock。所谓阻塞,也就是如果读取(value := <-ch)它将会被阻塞,直到有数据接收。 其次,任何发送(ch<-5)将会被阻塞, 直到数据被读出。无缓冲 channel 是在多个 goroutine 之间同步很棒的工具

管道的分类

  • 无缓冲的管道 上面代码定义的channel就是无缓冲的管道,一方在发送数据,就必须有一方在读取数据,否则就会阻塞

  • 有缓冲的管道 Buffered Channels (带缓冲的channel)

Buffered Channels (带缓冲的channel)

上面的代码创建的管道是无缓存的管道,下面来讲一下有缓冲的管道

1 创建有缓冲的管道

很简单,就是channel可以存放多少个元素,比如 ch:= make(chan bool, 4),创建了可以存储 4个 元素的 bool 型channel

在这个 channel中,前 4 个元素可以无阻塞的写入。 当写入第5 个 元素时,代码将会阻塞,直到其他 goroutine 从 channel 中读取一些元素,腾出空间

定义有缓冲的channel ch := make(chan type, value) value == 0 无缓冲(阻塞) value > 0 缓冲(非阻塞,直到 value 个元素)

我们看一下下面这个例子,你可以在自己本机测试一下,修改相应的 value 值

func main() {
    //修改 2 为 1 就报错,修改 2 为 3 可以正常运行
    c := make(chan int, 2)
    c <- 1
    c <- 2
    fmt.Println(<-c)
    fmt.Println(<-c)
}

channel是可以关闭的,用close函数,把channel传进入就行了,如果从一个关闭的channel中收数据,会产生什么呢? 如何判断channel中是否关闭呢? 如果在一个循环里面不停的从channel收数据,那么什么时候知道是否还有数据了呢,下面用代码演示,如下


func main() {
    //修改 2 为 1 就报错,修改 2 为 3 可以正常运行
    c := make(chan int, 2)
    c <- 10
    c <- 20


    go func() {
        for  {
            n, ok := <- c
            if !ok {
                fmt.Println("没有数据了,要跳出循环了")
                break
            }
            fmt.Println("n=",n)
        }
    }()

    //关闭管道
    close(c)
    time.Sleep(time.Second)
}

输出

n= 10
n= 20
没有数据了,要跳出循环了

也可以使用range关键字,改成如下代码

func main() {
    //修改 2 为 1 就报错,修改 2 为 3 可以正常运行
    c := make(chan int, 2)
    c <- 10
    c <- 20

    go func() {
        for n := range c {
            fmt.Println("n=", n)
        }
    }()

    //关闭管道
    close(c)

    time.Sleep(time.Second)
}

输出 10 20

注:一定是发送方关闭channel 通过上面的代码可以知道:

  • for n := range c 能够不断的读取 channel 里面的数据,直到该 channel 被显式的关闭。

  • 上面代码我们看到可以显式的关闭 channel,生产者通过关键字 close 函数关闭 channel。

  • 关闭channel 之后就无法再发送任何数据了,在消费方可以通过语法 v, ok := <-ch 测试 channel是否被关闭。

  • 如果 ok 返回 false,那么说明 channel 已经没有任何数据并且已经被关闭。

  • 记住应该在生产者的地方关闭 channel,而不是消费的地方去关闭它,这样容易引起 panic

  • 另外记住一点的就是 channel 不像文件之类的,不需要经常去关闭,只有当你确实没有任 何发送数据了,或者你想显式的结束 range 循环之类的

select

我们上面介绍的都是只有一个 channel 的情况,那么如果存在多个 channel 的时候,我们该如何操作呢,Go 里面提供了一个关键字 select,通过 select 可以监听channel上的数据流动。

select 默认是阻塞的,只有当监听的 channel 中有发送或接收可以进行时才会运行,当多个 channel 都准备好的时候,select 是随机的选择一个执行的。

//select基本用法
select {
case <- chan1:
// 如果chan1成功读到数据,则进行该case处理语句
case chan2 <- 1:
// 如果成功向chan2写入数据,则进行该case处理语句
default:
// 如果上面都没有成功,则进入default处理流程

代码例子如下,求fibonacci数

package main

import (
    "fmt"
)

func fibonacci(c chan int, quit chan int) {
    x, y := 1, 1
    for {
        select {
        case c <- x: //当可以读取的时候就执行下面的流程
            x, y = y, x+y 
        case <-quit:
            fmt.Println("quit")
            return
        }
    }
}

func main() {
    c := make(chan int)
    quit := make(chan int)

    //开了一个gorountine,并不停的从 c 中读取数据,完之后往 quit管道中写入一个0
    go func() {
        for i := 0; i < 10; i++ {
            fmt.Printf(" %d ", <-c)
        }
        quit <- 0
    }()


    fibonacci(c, quit)
}

输出如下

 1  1  2  3  5  8  13  21  34  55 quit

select 里面还有 default语法,select 其实就是类似 switch 的功能,default 就是当监听的 channel 都没有准备好的时候,默认执行的(select 不再阻塞等待 channel)。

超时

有时候会出现 goroutine 阻塞的情况,那么我们如何避免整个的程序进入阻塞的情况呢? 我们可以利用 select 来设置超时,通过如下的方式实现:


func main() {
    c := make(chan int)
    o := make(chan bool)
    go func() {
        for {
            select {
            case v := <- c:
                println(v)
            case <-time.After(5 * time.Second):
                println("timeout")
                o <- true
                break
            }
        }
    }()
    <-o
}

runtime goroutine

runtime 包中有几个处理 goroutine 的函数:

  • Goexit 退出当前执行的 goroutine,但是 defer 函数还会继续调用

  • Gosched 让出当前 goroutine 的执行权限,调度器安排其他等待的任务运行,并在下次某个时候从 该位置恢复执行

  • NumCPU 返回 CPU 核数量

  • NumGoroutine 返回正在执⾏行和排队的任务总数

  • GOMAXPROCS 用来设置可以运行的 CPU 核数

总结

这一章我们主要介绍了 Go 语言的一些语法,通过语法我们可以发现 Go 是多么的简单,只 有二十五个关键字。让我们再来回顾一下这些关键字都是用来干什么的

break default func interface select
case defer go map struct
chan else goto package switch
const fallthrough if range type
continue for import return var
  • var 和 const 参考 2.2Go 语言基础里面的变量和常量申明
  • package 和 import 已经有过短暂的接触
  • func 用于定义函数和方法
  • return 用于从函数返回
  • defer 用于类似析构函数
  • go 用于并行
  • select 用于选择不同类型的通讯
  • interface 用于定义接口
  • struct 用于定义抽象数据类型
  • break、case、continue、for、fallthrough、else、if、switch、goto、default这些在产面几节已经用过
  • chan 用于 channel 通讯
  • type 用于声明自定义类型
  • map 用于声明 map 类型数据
  • range 用于读取 slice、map、channel 数据

上面这二十五个关键字记住了,那么 Go 你也已经差不多学会了。

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