Golang并发编程

简介: Golang并发编程

单个goroutine


Go语言中使用goroutine非常简单,只需要在调用函数的时候在前面加上go关键字,就可以为一个函数创建一个goroutine


一个goroutine必定对应一个函数,可以创建多个goroutine去执行相同的函数。开启一个goroutine,示例如下


go funciton()


是不是很简单呢?那我们在实际中使用一下,示例如下:


package main
import (
    "fmt"
    "time"
)
func demo1()  {
    fmt.Println("我是 demo goroutine")
}
func main() {
    go demo1()
    fmt.Println("我是 main goroutine")
    time.Sleep(time.Second)
}
// 我是 demo goroutine
// 我是 main goroutine


细心的伙伴坑定发现了time.Sleep(time.Second),在这里并不仅仅是为睡一秒,还有进类似于等待执行的作用。如果没有 time.Sleep(time.Second),你会发现 我是 demo goroutine,将不会被打印。


首先为什么会先打印我是 main goroutine,这是因为我们在创建新的goroutine的时候需要花费一些时间,而此时main函数所在的goroutine是继续执行的。


Channel


多个goroutine的时候该怎么办呢?难道是这样?


package main
import (
    "fmt"
    "time"
)
func demo1()  {
    fmt.Println("我是 demo goroutine")
}
func main() {
    for i := 0; i < 10; i++ {
        go demo1()
    }
    fmt.Println("我是 main goroutine")
    time.Sleep(time.Second)
}


没错,这样确实可行的,但之间的相互通信,以及 time.Sleep(time.Second)该怎么去掉,不可能为了这个所为的并发而强制去睡一秒吧,这也并不现实。其实我们可以使用channel(通道)来解决这个问题


channel的定义


在 Go 语言中,声明一个 channel 非常简单,使用内置的 make 函数即可,如下所示:


无缓冲 channel,使用 make 创建的 chan 就是一个无缓冲 channel,它的容量是 0,不能存储任何数据。所以无缓冲 channel 只起到传输数据的作用,数据并不会在 channel 中做任何停留。这也意味着,无缓冲 channel 的发送和接收操作是同时进行的,它也可以称为同步 channel。


其中 chan 是一个关键字,表示是 channel 类型。后面的 string 表示 channel 里的数据是 string 类型。通过 channel 的声明也可以看到,chan 是一个集合类型。


ch:=make(chan type)
// type 为传递的类型,由传递值的类型决定


定义好 chan 后就可以使用了,一个 chan 的操作只有两种:发送和接收。


接收:获取 chan 中的值,操作符为 <- chan。


发送:向 chan 发送值,把值放在 chan 中,操作符为 chan <-。


channel


package main
import "fmt"
func main() {
    ch := make(chan string)
    go func() {
        ch <- "goroutine 执行完成"
    }()
    v := <-ch
    fmt.Printf("管道ch接受到的值为%v, 类型为%T", v, v)
}
// 管道ch接受到的值为goroutine 执行完成, 类型为string


这里注意发送和接收的操作符,都是 <- ,只不过位置不同。接收的 <- 操作符在 chan 的左侧,发送的 <- 操作符在 chan 的右侧。


这样我就实现了最基本的协程


有缓冲 channel


有缓冲 channel 类似一个可阻塞的队列,内部的元素先进先出。通过 make 函数的第二个参数可以指定 channel 容量的大小,进而创建一个有缓冲 channel,如下面的代码所示:


ChCache:=make(chan int,10)


在这里我们创建了一个容量为 10 的 channel,内部的元素类型是 int,也就是说这个 channel 内部最多可以存放 10个类型为 int 的元素


有缓冲 channel 具备以下特点:


  • 有缓冲 channel 的内部有一个缓冲队列;


  • 发送操作是向队列的尾部插入元素,如果队列已满,则阻塞等待,直到另一个 goroutine 执行,接收操作释放队列的空间;


  • 接收操作是从队列的头部获取元素并把它从队列中删除,如果队列为空,则阻塞等待,直到另一个 goroutine 执行,发送操作插入新的元素。


我创建了一个容量为 5 的 channel,内部的元素类型是 int,也就是说这个 channel 内部最多可以存放 5 个类型为 int 的元素


package main
import "fmt"
func main() {
    ch := make(chan int, 10)
    go func() {
        for i := 0; i < 10; i++ {
            ch <- i
        }
    }()
    for i := 0; i < 10; i++ {
        value := <-ch
        fmt.Printf("这次接受ch的值为:%v, 第%d接收\n", value, i+1)
    }
}
// 这次接受ch的值为:0, 第1接收
// 这次接受ch的值为:1, 第2接收
// 这次接受ch的值为:2, 第3接收
// 这次接受ch的值为:3, 第4接收
// 这次接受ch的值为:4, 第5接收
// 这次接受ch的值为:5, 第6接收
// 这次接受ch的值为:6, 第7接收
// 这次接受ch的值为:7, 第8接收
// 这次接受ch的值为:8, 第9接收
// 这次接受ch的值为:9, 第10接收


通过内置函数 cap 可以获取 channel 的容量,也就是最大能存放多少个元素,通过内置函数 len 可以获取 channel 中元素的个数


fmt.Println("ch的容量:", cap(ch), "ch长度为:", len(ch))


以上我们都是定义的双向chan,可以取也可以存。那让我们继续深入学习


单向channel


单向 channel 的声明也很简单,只需要在声明的时候带上 <- 操作符即可,如下面的代码所示:


// 单向channel(只存)
onlySendChan := make(chan<- int)
// 单向channel(只取)
onlyReceiveChan:=make(<-chan int)


关闭channel


当我们需要关闭channel的时候,我们可以使用内置的Close函数即可关闭


Close(channel)


如果一个 channel 被关闭了,就不能向里面发送数据了,如果发送的话,会引起 painc 异常。但是还可以接收 channel 里的数据,如果 channel 里没有数据的话,接收的数据是元素类型的零值。


不难看出channel的坑比较多,一不小心就会写出一个bug。常见情况总结如下


640 (6).jpg


多协程-worker pool(goroutine池)


在工作中我们通常会使用可以指定启动的goroutine数量–worker pool模式,控制goroutine的数量,防止goroutine泄漏和暴涨。


一个简易的work pool示例代码如下:


func worker(id int, jobs <-chan int, results chan<- int) {
    for j := range jobs {
        fmt.Printf("worker:%d start job:%d\n", id, j)
        time.Sleep(time.Second)
        fmt.Printf("worker:%d end job:%d\n", id, j)
        results <- j * 2
    }
}
func main() {
    jobs := make(chan int, 100)
    results := make(chan int, 100)
    // 开启3个goroutine
    for w := 1; w <= 3; w++ {
        go worker(w, jobs, results)
    }
    // 5个任务
    for j := 1; j <= 5; j++ {
        jobs <- j
    }
    close(jobs)
    // 输出结果
    for a := 1; a <= 5; a++ {
        <-results
    }
}


多路复用


假设要从网上下载一个文件,启动 3 个 goroutine 进行下载,并把结果发送到 3 个 channel 中。哪个先下载好,就会使用哪个 channel 的结果。


在这种情况下,如果我们尝试获取第一个 channel 的结果,程序就会被阻塞,无法获取剩下两个 channel 的结果,也无法判断哪个先下载好。这个时候就需要用到多路复用操作了,在 Go 语言中,通过 select 语句可以实现多路复用,其语句格式如下:


select {
case i1 = <-c1:
                //todo  1
case i2 <- c2:
                //todo  2
default:
                // default todo
}


整体结构和 switch 非常像,都有 case 和 default,只不过 select 的 case 是一个个可以操作的 channel。


多路复用可以简单地理解为,N 个 channel 中,任意一个 channel 有数据产生,select 都可以监听到,然后执行相应的分支,接收数据并处理。


package main
import (
    "fmt"
    "time"
)
func downloadFile(chanName string) string {
    //随机time.Sleep,模拟下载文件
    time.Sleep(time.Second * 1)
    return chanName + ":filePath"
}
func main() {
    //声明三个存放结果的channel
    //firstCh := make(chan string)
    //secondCh := make(chan string)
    //threeCh := make(chan string)
    firstCh, secondCh, threeCh := make(chan string), make(chan string), make(chan string)
    //同时开启3个goroutine下载
    go func() {
        firstCh <- downloadFile("firstCh")
    }()
    go func() {
        secondCh <- downloadFile("secondCh")
    }()
    go func() {
        threeCh <- downloadFile("threeCh")
    }()
    //开始select多路复用,哪个channel能获取到值,
    //就说明哪个最先下载好,就用哪个。
    select {
    case filePath := <-firstCh:
        fmt.Println(filePath)
    case filePath := <-secondCh:
        fmt.Println(filePath)
    case filePath := <-threeCh:
        fmt.Println(filePath)
    }
}
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