在java/c++中我们要实现并发编程的时候,我们通常需要自己维护一个线程池,并且需要自己去包装一个又一个的任务,同时需要自己去调度线程执行任务并维护上下文切换,这一切通常会耗费程序员大量的心智。那么能不能有一种机制,程序员只需要定义很多个任务,让系统去帮助我们把这些任务分配到CPU上实现并发执行呢?
Go语言中的goroutine就是这样一种机制,goroutine的概念类似于线程,但 goroutine是由Go的运行时(runtime)调度和管理的。Go程序会智能地将 goroutine 中的任务合理地分配给每个CPU。Go语言之所以被称为现代化的编程语言,就是因为它在语言层面已经内置了调度和上下文切换的机制。
在Go语言编程中你不需要去自己写进程、线程、协程,你的技能包里只有一个技能–goroutine,当你需要让某个任务并发执行的时候,你只需要把这个任务包装成一个函数,开启一个goroutine去执行这个函数就可以了,就是这么简单粗暴。
使用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。
启动单个goroutine
启动goroutine的方式非常简单,只需要在调用的函数(普通函数和匿名函数)前面加上一个go关键字。
举个例子如下:
func hello() { fmt.Println("Hello Goroutine!") } func main() { hello() fmt.Println("main goroutine done!") }
这个示例中hello函数和下面的语句是串行的,执行的结果是打印完Hello Goroutine!后打印main goroutine done!。
接下来我们在调用hello函数前面加上关键字go,也就是启动一个goroutine去执行hello这个函数。
func main() { go hello() // 启动另外一个goroutine去执行hello函数 fmt.Println("main goroutine done!") }
这一次的执行结果只打印了main goroutine done!,并没有打印Hello Goroutine!。为什么呢?
在程序启动时,Go程序就会为main()函数创建一个默认的goroutine。
当main()函数返回的时候该goroutine就结束了,所有在main()函数中启动的goroutine会一同结束,main函数所在的goroutine就像是权利的游戏中的夜王,其他的goroutine都是异鬼,夜王一死它转化的那些异鬼也就全部GG了。
所以我们要想办法让main函数等一等hello函数,最简单粗暴的方式就是time.Sleep了。
func main() { go hello() // 启动另外一个goroutine去执行hello函数 fmt.Println("main goroutine done!") time.Sleep(time.Second) }
执行上面的代码你会发现,这一次先打印main goroutine done!,然后紧接着打印Hello Goroutine!。
首先为什么会先打印main goroutine done!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。
启动多个goroutine
在Go语言中实现并发就是这样简单,我们还可以启动多个goroutine。让我们再来一个例子: (这里使用了sync.WaitGroup来实现goroutine的同步)
var wg sync.WaitGroup func hello(i int) { defer wg.Done() // goroutine结束就登记-1 fmt.Println("Hello Goroutine!", i) } func main() { for i := 0; i < 10; i++ { wg.Add(1) // 启动一个goroutine就登记+1 go hello(i) } wg.Wait() // 等待所有登记的goroutine都结束 }
多次执行上面的代码,会发现每次打印的数字的顺序都不一致。这是因为10个goroutine是并发执行的,而goroutine的调度是随机的。
注意
- 如果主协程退出了,其他任务还执行吗(运行下面的代码测试一下吧)
package main import ( "fmt" "time" ) func main() { // 合起来写 go func() { i := 0 for { i++ fmt.Printf("new goroutine: i = %d\n", i) time.Sleep(time.Second) } }() i := 0 for { i++ fmt.Printf("main goroutine: i = %d\n", i) time.Sleep(time.Second) if i == 2 { break } } }
输出结果
main goroutine: i = 1 new goroutine: i = 1 new goroutine: i = 2 main goroutine: i = 2
可以证实,主协程退出之后,其他任务也一并关闭。
goroutine与线程
可增长的栈
OS线程(操作系统线程)一般都有固定的栈内存(通常为2MB),一个goroutine的栈在其生命周期开始时只有很小的栈(典型情况下2KB),goroutine的栈不是固定的,他可以按需增大和缩小,goroutine的栈大小限制可以达到1GB,虽然极少会用到这个大。所以在Go语言中一次创建十万左右的goroutine也是可以的。
goroutine调度
GPM是Go语言运行时(runtime)层面的实现,是go语言自己实现的一套调度系统。区别于操作系统调度OS线程。
单从线程调度讲,Go语言相比起其他语言的优势在于OS线程是由OS内核来调度的,而goroutine则是由Go运行时(runtime)自己的调度器调度的,这个调度器使用一个称为m:n调度的技术(复用/调度m个goroutine到n个OS线程)。 其一大特点是goroutine的调度是在用户态下完成的, 不涉及内核态与用户态之间的频繁切换,包括内存的分配与释放,都是在用户态维护着一块大的内存池, 不直接调用系统的malloc函数(除非内存池需要改变),成本比调度OS线程低很多。 另一方面充分利用了多核的硬件资源,近似的把若干goroutine均分在物理线程上, 再加上本身goroutine的超轻量,以上种种保证了go调度方面的性能。