原文链接：Go 专栏｜并发编程：goroutine，channel 和 sync
优雅的并发编程范式，完善的并发支持，出色的并发性能是 Go 语言区别于其他语言的一大特色。
在当今这个多核时代，并发编程的意义不言而喻。使用 Go 开发并发程序，操作起来非常简单，语言级别提供关键字 go 用于启动协程，并且在同一台机器上可以启动成千上万个协程。
下面就来详细介绍。
goroutine
Go 语言的并发执行体称为 goroutine，使用关键词 go 来启动一个 goroutine。
go 关键词后面必须跟一个函数，可以是有名函数，也可以是无名函数，函数的返回值会被忽略。
go 的执行是非阻塞的。
先来看一个例子：
package main import ( "fmt" "time" ) func main() { go spinner(100 * time.Millisecond) const n = 45 fibN := fib(n) fmt.Printf("\rFibonacci(%d) = %d\n", n, fibN) // Fibonacci(45) = 1134903170 } func spinner(delay time.Duration) { for { for _, r := range `-\|/` { fmt.Printf("\r%c", r) time.Sleep(delay) } } } func fib(x int) int { if x < 2 { return x } return fib(x-1) + fib(x-2) } 复制代码
从执行结果来看，成功计算出了斐波那契数列的值，说明程序在 spinner 处并没有阻塞，而且 spinner 函数还一直在屏幕上打印提示字符，说明程序正在执行。
当计算完斐波那契数列的值，main 函数打印结果并退出，spinner 也跟着退出。
再来看一个例子，循环执行 10 次，打印两个数的和：
package main import "fmt" func Add(x, y int) { z := x + y fmt.Println(z) } func main() { for i := 0; i < 10; i++ { go Add(i, i) } } 复制代码
有问题了，屏幕上什么都没有，为什么呢？
这就要看 Go 程序的执行机制了。当一个程序启动时，只有一个 goroutine 来调用 main 函数，称为主 goroutine。新的 goroutine 通过 go 关键词创建，然后并发执行。当 main 函数返回时，不会等待其他 goroutine 执行完，而是直接暴力结束所goroutine。
那有没有办法解决呢？当然是有的，请往下看。
channel
一般写多进程程序时，都会遇到一个问题：进程间通信。常见的通信方式有信号，共享内存等。goroutine 之间的通信机制是通道 channel。
使用 make 创建通道：
ch := make(chan int) // ch 的类型是 chan int 复制代码
通道支持三个主要操作：send，receive 和 close。
ch <- x // 发送 x = <-ch // 接收 <-ch // 接收，丢弃结果 close(ch) // 关闭 复制代码
无缓冲 channel
make 函数接受两个参数，第二个参数是可选参数，表示通道容量。不传或者传 0 表示创建了一个无缓冲通道。
无缓冲通道上的发送操作将会阻塞，直到另一个 goroutine 在对应的通道上执行接收操作。相反，如果接收先执行，那么接收 goroutine 将会阻塞，直到另一个 goroutine 在对应通道上执行发送。
所以，无缓冲通道是一种同步通道。
下面我们使用无缓冲通道把上面例子中出现的问题解决一下。
package main import "fmt" func Add(x, y int, ch chan int) { z := x + y ch <- z } func main() { ch := make(chan int) for i := 0; i < 10; i++ { go Add(i, i, ch) } for i := 0; i < 10; i++ { fmt.Println(<-ch) } } 复制代码
可以正常输出结果。
主 goroutine 会阻塞，直到读取到通道中的值，程序继续执行，最后退出。
缓冲 channel
创建一个容量是 5 的缓冲通道：
ch := make(chan int, 5) 复制代码
缓冲通道的发送操作在通道尾部插入一个元素，接收操作从通道的头部移除一个元素。如果通道满了，发送会阻塞，直到另一个 goroutine 执行接收。相反，如果通道是空的，接收会阻塞，直到另一个 goroutine 执行发送。
有没有感觉，其实缓冲通道和队列一样，把操作都解耦了。
单向 channel
类型 chan<- int 是一个只能发送的通道，类型 <-chan int 是一个只能接收的通道。
任何双向通道都可以用作单向通道，但反过来不行。
还有一点需要注意，close 只能用在发送通道上，如果用在接收通道会报错。
看一个单向通道的例子：
package main import "fmt" func counter(out chan<- int) { for x := 0; x < 10; x++ { out <- x } close(out) } func squarer(out chan<- int, in <-chan int) { for v := range in { out <- v * v } close(out) } func printer(in <-chan int) { for v := range in { fmt.Println(v) } } func main() { n := make(chan int) s := make(chan int) go counter(n) go squarer(s, n) printer(s) } 复制代码
sync
sync 包提供了两种锁类型：sync.Mutex 和 sync.RWMutex，前者是互斥锁，后者是读写锁。
当一个 goroutine 获取了 Mutex 后，其他 goroutine 不管读写，只能等待，直到锁被释放。
package main import ( "fmt" "sync" "time" ) func main() { var mutex sync.Mutex wg := sync.WaitGroup{} // 主 goroutine 先获取锁 fmt.Println("Locking (G0)") mutex.Lock() fmt.Println("locked (G0)") wg.Add(3) for i := 1; i < 4; i++ { go func(i int) { // 由于主 goroutine 先获取锁，程序开始 5 秒会阻塞在这里 fmt.Printf("Locking (G%d)\n", i) mutex.Lock() fmt.Printf("locked (G%d)\n", i) time.Sleep(time.Second * 2) mutex.Unlock() fmt.Printf("unlocked (G%d)\n", i) wg.Done() }(i) } // 主 goroutine 5 秒后释放锁 time.Sleep(time.Second * 5) fmt.Println("ready unlock (G0)") mutex.Unlock() fmt.Println("unlocked (G0)") wg.Wait() } 复制代码
RWMutex 属于经典的单写多读模型，当读锁被占用时，会阻止写，但不阻止读。而写锁会阻止写和读。
package main import ( "fmt" "sync" "time" ) func main() { var rwMutex sync.RWMutex wg := sync.WaitGroup{} Data := 0 wg.Add(20) for i := 0; i < 10; i++ { go func(t int) { // 第一次运行后，写解锁。 // 循环到第二次时，读锁定后，goroutine 没有阻塞，同时读成功。 fmt.Println("Locking") rwMutex.RLock() defer rwMutex.RUnlock() fmt.Printf("Read data: %v\n", Data) wg.Done() time.Sleep(2 * time.Second) }(i) go func(t int) { // 写锁定下是需要解锁后才能写的 rwMutex.Lock() defer rwMutex.Unlock() Data += t fmt.Printf("Write Data: %v %d \n", Data, t) wg.Done() time.Sleep(2 * time.Second) }(i) } wg.Wait() } 复制代码
总结
并发编程算是 Go 的特色，也是核心功能之一了，涉及的知识点其实是非常多的，本文也只是起到一个抛砖引玉的作用而已。
本文开始介绍了 goroutine 的简单用法，然后引出了通道的概念。
通道有三种：
- 无缓冲通道
- 缓冲通道
- 单向通道
最后介绍了 Go 中的锁机制，分别是 sync 包提供的 sync.Mutex（互斥锁） 和 sync.RWMutex（读写锁）。
goroutine 博大精深，后面的坑还是要慢慢踩的。
文章中的脑图和源码都上传到了 GitHub，有需要的同学可自行下载。
