Golang并发编程

PayneWu

发布于 2020-12-18 10:15:22

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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

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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原始发表：2020-12-06，如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除