Golang CSP理解
CSP介绍
Do not communicate by sharing memory; instead, share memory by communicating. 不要通过共享内存来通信,而要通过通信来实现内存共享。 这就是 Go 的并发哲学,它依赖 CSP 模型,基于 channel 实现。 CSP 经常被认为是 Go 在并发编程上成功的关键因素。CSP 全称是 “Communicating Sequential Processes”,这也是 Tony Hoare 在 1978 年发表在 ACM 的一篇论文。论文里指出一门编程语言应该重视 input 和 output 的原语,尤其是并发编程的代码。 在那篇文章发表的时代,人们正在研究模块化编程的思想,该不该用 goto 语句在当时是最激烈的议题。彼时,面向对象编程的思想正在崛起,几乎没什么人关心并发编程。 在文章中,CSP 也是一门自定义的编程语言,作者定义了输入输出语句,用于 processes 间的通信(communication)。processes 被认为是需要输入驱动,并且产生输出,供其他 processes 消费,processes 可以是进程、线程、甚至是代码块。输入命令是:!,用来向 processes 写入;输出是:?,用来从 processes 读出。这篇文章要讲的 channel 正是借鉴了这一设计。 Hoare 还提出了一个 -> 命令,如果 -> 左边的语句返回 false,那它右边的语句就不会执行。 通过这些输入输出命令,Hoare 证明了如果一门编程语言中把 processes 间的通信看得第一等重要,那么并发编程的问题就会变得简单。 Go 是第一个将 CSP 的这些思想引入,并且发扬光大的语言。仅管内存同步访问控制(原文是 memory access synchronization)在某些情况下大有用处,Go 里也有相应的 sync 包支持,但是这在大型程序很容易出错。 Go 一开始就把 CSP 的思想融入到语言的核心里,所以并发编程成为 Go 的一个独特的优势,而且很容易理解。 大多数的编程语言的并发编程模型是基于线程和内存同步访问控制,Go 的并发编程的模型则用 goroutine 和 channel 来替代。Goroutine 和线程类似,channel 和 mutex (用于内存同步访问控制)类似。 Goroutine 解放了程序员,让我们更能贴近业务去思考问题。而不用考虑各种像线程库、线程开销、线程调度等等这些繁琐的底层问题,goroutine 天生替你解决好了。 Channel 则天生就可以和其他 channel 组合。我们可以把收集各种子系统结果的 channel 输入到同一个 channel。Channel 还可以和 select, cancel, timeout 结合起来。而 mutex 就没有这些功能。 Go 的并发原则非常优秀,目标就是简单:尽量使用 channel;把 goroutine 当作免费的资源,随便用。
代码讲解
共享内存是线程之间进行通信的传统方式。Go
具有内置的同步功能,允许单个goroutine
拥有共享数据
。这意味着其他 goroutine
必须向拥有共享数据的单个goroutine
发送消息,这样的单个goroutine
称为监视器goroutine
。在Go
术语中,这是通过通信来实现内存共享。
通过代码shared_mem.go加以说明:
package main import ( "fmt" "math/rand" "sync" "time" ) // 用两个chan实现共享值value的读写 // 从read chan读共享值 var readValue = make(chan int) // 写共享值到write chan var writeValue = make(chan int) // 往write chan中写 func SetValue(newValue int) { writeValue <- newValue } // 从read chan读取共享值 func ReadValue() int { return <-readValue } // 监视器goroutine 通过select协调共享值的读写 func monitor() { var value int // 保存当前值 用于读取共享变量 for { select { case newValue := <-writeValue: // 当前值给value保存 value = newValue fmt.Printf("%d ", value) case readValue <- value: // 如果这个时候有goroutine读取的话 就是最新当前值 } } } func main() { rand.Seed(time.Now().Unix()) go monitor() var waitGroup sync.WaitGroup for r := 0; r < 20; r++ { waitGroup.Add(1) go func() { defer waitGroup.Done() SetValue(rand.Intn(100)) }() } waitGroup.Wait() fmt.Printf("\nLast value: %d\n", ReadValue()) // 读取到的永远是最新值 即当前值 大家可以把并发20 从1调到2 感受下并发操作共享值,读取共享值情况 }
结果如下:
$ go run shared_mem.go 33 52 60 72 56 76 66 36 75 76 29 26 90 30 64 46 64 46 51 70 Last value: 70 $ go run shared_mem.go 8 62 36 87 11 98 19 82 3 68 41 4 36 7 63 77 89 74 56 3 Last value: 3
最后一次结果截图如下: