一文搞懂Go语言并发【goroutine】

简介: 一文搞懂Go语言并发【goroutine】

文章目录



前言


介绍Go语言并发底层原理,以及对比Go语言并发与其他语言并发的优劣



一、基本概念


并发、并行区分


1.概念


  并发:同一时间段内一个对象执行多个任务,充分利用时间
  并行:同一时刻,多个对象执行多个任务


2.图解


类似于超市柜台结账,并行是多个柜台结多个队列,在计算机中是多核cpu处理多个go语言开启的线程,并发是一个柜台结账多个队列,在计算机中就是单核cpu处理多个任务,抢夺时间片.

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②从用户态线程,内核态线程阐述go与java并发的优劣


1.用户态线程、内核态线程差异:


用户态:只能受限制的访问内存,且不允许访问外围设备,占用CPU资源可以被其他程序抢走。
内核态:CPU可以访问内存所有数据,包括外围设备,例如硬盘网卡等,cpu可以将自己从一个程序切换到另一个程序


2.java与go并发差异:


java:
  java没有规定具体使用什么线程,而是在不同形态的线程上进行切换,会耗费相当的资源
  go是用户态线程,资源耗费较少,一个线程的栈体默认为1M,并且需要运行在JVM上
go:
  go语言并发通过,goroutine实现,属于用户态的线程,可以根据需要创建成千上万个
  goroutine,每个goroutine占用内存大小会根据需要动态生成,典型的大小为2kB可
  以按需求放大到1GB,在go语言中一次可以轻松创建十万左右的goroutine,并且不
  依赖运行环境。


②高并发为什么是Go语言强项?


1.历史背景


  Go语言产生较晚,在其产生之前就已经有了多核cpu,所以设计者的理念就是将这门新的语言使用到
  多核cpu上支持更大数量级的并发


2.自身原因


  Go语言多并发底层实现使用的是协程,他占有更少的资源具有更快的执行速度,占用的资源还会根据
  任务量进行扩大或者缩小


③Go语言实现高并发底层GMP模型原理解析


1. G:


G是Goroutine的缩写,在这里就是Goroutine的控制结构,是对Goroutine的抽象。
其中包括执行的函数指令及参数;G保存的任务对象;线程上下文切换,现场保护
和现场恢复需要的寄存器(SP、IP)等信息。在 Go 语言中使用 runtime.g 结构表示。


2. M:


表示操作系统线程也可以称为内核线程,由操作系统调度以及管理,调度器最多可
以创建 10000 个线程,在 Go 语言中使用 runtime.m 结构表示。(用户线程与内核线程的映射关系)


3. P:


调度各个goroutine,使他们之间协调运行逻辑处理器,但不代表真正的CPU的数量,
真正决定并发程度的是P,初始化的时候一般会去读取GOMAXPROCS对应的值,如果没有显示设置,
则会读取默认值,在Go1.5之后GOMAXPROCS被默认设置可用的核数,而之前则默认为1,在 Go 语
言中使用 runtime.p 结构表示。


4.指定cpu线程个数


  通过runtime.GOMAXPROCS(),可以指定P的个数,如果没有指定则默认跑满整个cpu


二、上代码学会Go语言并发


①.开启一个简单的线程


  开启线程使用go+函数
  以下案例要认识到开启多线程使用函数闭包可能会出现的问题


1.使用匿名函数开启线程


//打印1-1000
  for i := 0; i < 1000; i++ {
    go func() {
      fmt.Println(i)
    }()
  }
//这里使用了函数闭包
/*
打印结果
  995
  995
  995
  996
  996
  999
  1000
  1000
*/


2.出问题的原理:


匿名函数进行操作时会将当前环境内的变量进行闭包,由于启动线程需要一定时间

在启动线程的时候i进行了改变所以打印的时候会有许多值相同


②.动态的关闭线程


1.为什么需要进行动态的关闭线程?


  在Go语言中如果不进行动态的关闭线程,那么有可能在子线程没有执行结束主线程就结束了,那样的话会有
  程序安全隐患,所以主线程不可以直接结束,应作为后盾,直到所有线程都结束了才可以结束。


2.使用waitGroup


  waitGroup有三个方法常用
    waitGroup.Add():使用wait计数器记1次数//将创建的线程数传进去
    waitGroup.Done():wait计数器减1(放在被开启线程的函数内)
    waitGroup.Wait():阻塞等待wait计数器值为零(放在主线程内)
    defer是在函数主体执行完的时候执行的代码(可理解为延时执行)


代码如下:


package main
import (
  "fmt"
  "math/rand"
  "sync"
  "time"
)
// 定义一个waitGroup结构体变量
var wg sync.WaitGroup
func f(i int) {
  // 等到函数执行完毕,会将waitGroup内的计数器减一
  defer wg.Done()
  rand.Seed(time.Now().UnixNano())
  time.Sleep(time.Duration(rand.Intn(3)) * time.Second)
  fmt.Println(i)
}
func main() {
  for i := 0; i < 100; i++ {
    // 开启一个线程就使用waitGroup记一次数
    wg.Add(1)
    go f(i)
  }
  // 阻塞等待waitGroup计数器为0
  wg.Wait()
  fmt.Println("hello")
}


总结


Go语言的高并发奠定了其未来在高级语言中的地位,越来越多的用户加入互联网需要一个支持高并发语言的支持,亿万级电商秒杀,亿万级游戏用户同时在线都离不开这样的语言,所以Go语言一直被游戏后端、web后端项目开发者青睐。

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