go 并发:Goroutines 和 Channels 的声明与使用

简介: 进程就是一个应用程序的工作空间,比如你打开的QQ,微信,工作空间包含了该程序运行所需的所有资源。而线程是进程中的执行单位,一个进程最少有一个线程。

什么是进程、线程

进程就是一个应用程序的工作空间,比如你打开的QQ,微信,工作空间包含了该程序运行所需的所有资源。而线程是进程中的执行单位,一个进程最少有一个线程。

进程与线程对比

  • 进程是系统资源分配和调度的最小单位
  • 线程是程序执行的最小单位
  • 一个进程由一个或多个线程组成,线程是进程中代码的不同执行路线
  • 进程之间相互独立,进程中的线程共享程序的内存空间及资源
  • 线程在时间效率和空间效率都比进程要高

协程

协程是一种用户态的轻量级线程,线程是CPU来调度,而协程的调度完全是由用户来控制的。

协程与线程对比

  • 一个线程可以有多个协程
  • 线程、进程都是同步机制,而协程是异步
  • 协程可以保留上一次调用时的状态,当过程重入时,相当于进入了上一次的调用状态
  • 协程是需要线程来承载运行的,所以协程并不能取代线程,线程是被分割的CPU资源,协程是组织好的代码流程

并发、并行

  1. 并发和并行是相对于进程或者线程来说的。
  2. 并发是一个或多个CPU对多个进程/线程之间的多路复用,通俗讲就是CPU轮流执行多个任务,而每个任务都执行一小段,从宏观来看就像在同时执行。
  3. 并行必须有多个CPU来提供支持,真正意义上的在同一时刻执行多个进程或线程。

image.png

Go语言协程

Go中没有线程的概念,只有协程(goroutine),协程相比线程更加轻量,上下文切换更快。Goroutine由 Go 自己来调度,我们只管启用。

goroutine 通过 go 关键字来启动,非常简单,go 关键字后面加一个方法或函数 go function()

package main
import (
  "fmt"
  "time"
)
func main (){
  go fmt.Println("微客鸟窝")
  fmt.Println("我是无尘啊")
  time.Sleep(time.Second) //等待一秒,使goroutine 执行完毕
}
复制代码

运行结果:

我是无尘啊
微客鸟窝
复制代码

Channel

channel(通道) 是用来解决多个 goroutine 之间通信问题的。

在 Go 语言中,提倡通过通信来共享内存,而不是通过共享内存来通信,其实就是提倡通过 channel 发送接收消息的方式进行数据传递,而不是通过修改同一个变量。所以在数据流动、传递的场景中要优先使用 channel,它是并发安全的,性能也不错。

channel 声明

ch := make(chan string)

  • 使用 make 函数
  • chan 是关键字,表示 channel 类型,chan 是一个集合类型
  • string 表示 channel 里存放数据的类型

chan 使用

chan 只有发送和接收两种操作:

  1. 发送: <-chan //向chan内发送数据
  2. 接收: chan-> //从chan中获取数据

示例:

package main
import (
  "fmt"
)
func main() {
  ch := make(chan string)
  go func(){
    fmt.Println("微客鸟窝")
    ch <- "执行完毕"
  }()
  fmt.Println("我是无尘啊")
  value := <-ch
  fmt.Println("获取的chan的值为:",value)
}
复制代码

运行结果

我是无尘啊
微客鸟窝
获取的chan的值为: 执行完毕
复制代码

有了 chan 后,我们可以不使用 Sleep 来等 goroutine执行完了,因为接收操作(value := <-ch)会阻塞等待,直到它获取到值为止。

无缓冲 channel

上面的操作就是一个无缓冲 channel,通道的容量是0,它不能存储数据,只是起到了传输的作用,所以无缓冲 channel 的发送和接收操作是同时进行的

有缓冲 channel

在声明的时候,我们可以传入第二个参数,即channel容量大小,这样就是创建了一个有缓冲 channel。

//创建一个容量为3的 channel,其内部可以存放3个类型为int的元素
ch := make(chan int,3)
复制代码
  • 有缓冲 channel 内部有一个队列
  • 发送操作是向队列尾部追加元素,如果队列满了,则阻塞等待,直到接收操作从队列中取走元素。
  • 接收操作是从队列头部取走元素,如果队列为空,则阻塞等待,直到发送操作向队列追加了元素。
  • 可以通过内置函数 cap 来获取 channel 的容量,通过内置函数 len 获取 channel 中元素个数。
ch := make(chan int,3)
ch <- 1
ch <- 2
fmt.Println("容量为",cap(ch),"元素个数为:",len(ch))
//打印结果:容量为 3 元素个数为: 2
复制代码

关闭 channel

使用内置函数 close :close(ch)

  • channel 关闭了就不能再向其发送数据了,否则会引起 panic 异常。
  • 可以从关闭了的 channel 中接收数据,如果没数据,则接收到的是元素类型的零值。

单向 channel

只能发送或者只能接收的 channel 为单向 channel。

单向 channel 声明

只需要在基础声明中增加操作符即可:

send := make(ch<- int) //只能发送数据给channel
receive := make(<-ch int) //只能从channel中接收数据
复制代码

示例:

package main
import (
  "fmt"
)
//只能发送通道
func send(s chan<- string){
  s <- "微客鸟窝"
}
//只能接收通道
func receive(r <-chan string){
  str := <-r
  fmt.Println("str:",str)
}
func main() {
  //创建一个双向通道
  ch := make(chan string)
  go send(ch)
  receive(ch)
}
//运行结果: str: 微客鸟窝
复制代码

select+channel

select 可以实现多路复用,即同时监听多个 channel。

  • 发现哪个 channel 有数据产生,就执行相应的 case 分支
  • 如果同时有多个 case 分支可以执行,则会随机选择一个
  • 如果一个 case 分支都不可执行,则 select 会一直等待

示例:

package main
import (
  "fmt"
)
func main() {
  ch := make(chan int, 1)
  for i := 0; i < 10; i++ {
    select {
    case x := <-ch:
      fmt.Println(x)
    case ch <- i:
      fmt.Println("--", i)
    }
  }
}
复制代码

运行结果:

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0
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2
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6
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