go语言的成神之路-筑基篇-并发

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好事发生

Java面试宝典：MongoDB实战技巧 作者：忆遂愿

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在 Java 驱动使用方面，作者详细介绍了如何在 Java 环境中使用 MongoDB 驱动程序，包括驱动的安装、配置以及如何通过 Java 代码与 MongoDB 进行交互。通过具体的代码示例和详细的步骤说明，读者可以轻松上手，将 MongoDB 集成到自己的 Java 应用程序中。

一、go协程

在 Go 语言中，使用 goroutine 来实现并发。goroutine 是一种轻量级的线程，可以通过 go 关键字来启动。

package main

import (
	"fmt"
	"time"
)

func hello() {
	fmt.Println("hello goroutine")
}
func main() {
	go hello()
	fmt.Println("main goroutine")
	time.Sleep(time.Second)
}

• func main() {...}：这是 Go 程序的入口函数，程序从这里开始执行。
• go hello()：使用 go 关键字启动一个新的 goroutine 来调用 hello 函数。goroutine 是 Go 语言中的轻量级线程，它允许并发执行代码。当执行到这一行时，会创建一个新的执行流，该执行流将调用 hello 函数，而不会阻塞当前的执行流程。
• fmt.Println("main goroutine")：在主 goroutine 中打印出 "main goroutine" 字符串。
• time.Sleep(time.Second)：让主 goroutine 暂停执行一秒钟。这是为了确保程序不会立即退出，因为新启动的 goroutine 可能还没有机会执行完 hello 函数。如果没有这行代码，程序可能会在 hello 函数执行之前就结束，因为主 goroutine 会直接结束，导致整个程序终止。

package main

import (
	"fmt"
	"time"
)

func hello(i int) {
	fmt.Println("hello goroutine", i)
}
func main() {
	for i := 0; i < 10; i++ {
		go hello(i)
	}
	fmt.Println("main goroutine")
	time.Sleep(time.Second)
}

仔细观察一下不难看出，这两次输出的结果都不相同，原因如下：

在 Go 语言中，goroutine 的执行顺序是不确定的。当你使用 go 关键字启动多个 goroutine 时，它们会被调度到 Go 的运行时环境中并发执行。 以下是导致打印顺序不同的原因：

• 调度器的随机性：Go 的调度器会根据系统资源和其他因素来决定 goroutine 的执行顺序。不同的 goroutine 可能在不同的系统线程上执行，并且它们的执行顺序取决于调度器的决策，而不是它们被创建的顺序。
• 并发执行：由于 goroutine 是并发执行的，它们可能在不同的时间点开始和完成，这取决于系统的负载、CPU 核心的可用性等因素。

二、GMP

• G (Goroutines)：Goroutines 是 Go 语言中的轻量级线程，它们是并发执行的基本单元。可以使用 go 关键字启动一个新的 Goroutine，例如 go func() {...}()。Goroutines 非常轻量，可以轻松创建大量的 Goroutines，并且它们由 Go 的运行时系统管理。
• M (Workers)：M 代表工作线程，它们是操作系统线程，由 Go 的运行时系统创建和管理。M 负责执行 Goroutines，一个 M 可以执行多个 Goroutines。
• P (Processors)：P 是逻辑处理器，它是一个抽象的概念，代表执行上下文。每个 M 都需要绑定到一个 P 上才能执行 Goroutines。P 维护一个本地的 Goroutine 队列，当一个 Goroutine 被创建时，它会被放入一个 P 的队列中等待执行。

示例：

package main

import (
	"fmt"
	"sync"
	"time"
)

func worker(id int, wg *sync.WaitGroup) {
	defer wg.Done()
	fmt.Printf("Worker %d starting\n", id)
	time.Sleep(time.Second)
	fmt.Printf("Worker %d done\n", id)
}

func main() {
	var wg sync.WaitGroup
	// 启动多个 goroutines
	for i := 1; i <= 5; i++ {
		wg.Add(1)
		go worker(i, &wg)
	}
	// 等待所有 goroutines to complete
	wg.Wait()
}

• var wg sync.WaitGroup：创建一个 sync.WaitGroup 实例，用于等待一组 Goroutines 完成。
• wg.Add(1)：在启动每个 Goroutine 之前，调用 wg.Add(1) 来增加等待组的计数，表示有一个新的 Goroutine 要等待。
• go worker(i, &wg)：启动一个新的 Goroutine 来执行 worker 函数，并将 wg 的指针传递给它。
• defer wg.Done()：在 worker 函数中，使用 defer wg.Done() 来通知 WaitGroup 该 Goroutine 已经完成。
• wg.Wait()：在主函数中，调用 wg.Wait() 会阻塞，直到 WaitGroup 的计数为 0，即所有 Goroutines 都已完成。

GMP 的工作流程：

1. 当你启动一个新的 Goroutine 时，它会被放入一个 P 的本地队列中。
2. M 从 P 的队列中取出 Goroutines 并执行它们。
3. 如果一个 P 的队列是空的，M 可以从全局队列中获取 Goroutines 或者从其他 P 的队列中窃取 Goroutines（work stealing）。
4. 当一个 Goroutine 执行 I/O 操作或阻塞时，M 可以切换到另一个 Goroutine 执行，提高并发性能。

使用 GMP 的好处：

• 高效的并发：Go 的 GMP 模型允许高效地创建和管理大量的并发任务，而不会像传统线程那样消耗大量的系统资源。
• 自动调度：Go 的运行时系统自动调度 Goroutines，根据系统资源和任务的需求进行优化，提高性能。

注意事项：

• 避免 Goroutine 泄漏：确保 Goroutines 最终会结束，否则可能会导致资源泄漏。
• 避免过度创建 Goroutines：虽然 Goroutines 很轻量，但创建过多可能会导致性能问题，尤其是在资源有限的系统上。

三、runtime包

Gosched

package main

import (
	"fmt"
	"runtime"
)

func main() {
	// 启动一个匿名 goroutine，接收一个字符串参数 s
	go func(s string) {
		// 循环两次
		for i := 0; i < 2; i++ {
			// 打印传入的字符串 s
			fmt.Println(s)
		}
	}("hello")

	// 主 goroutine
	for i := 0; i < 2; i++ {
		// 让出时间片，让其他 goroutine 有机会执行
		runtime.Gosched()
		// 打印主 goroutine 信息
		fmt.Println("main goroutine")
	}
}

runtime.Gosched()：这个函数调用会使当前 goroutine（在这种情况下是主 goroutine）让出处理器，允许其他 goroutine 运行。它放弃自己的时间片并重新进入可运行的 goroutine 队列，以便其他 goroutine 有机会执行。

Goexit

• runtime.Goexit() 是 Go 语言 runtime 包中的一个函数，它的主要作用是立即终止当前正在执行的 goroutine，而不会影响其他 goroutine 的执行。
• 当 runtime.Goexit() 被调用时，它会执行当前 goroutine 中已注册的 defer 函数，然后终止该 goroutine，但不会执行 goroutine 中 runtime.Goexit() 之后的代码调用Goexit之前

GOMAXPROCS

• runtime.GOMAXPROCS(n int) 是 Go 语言 runtime 包中的一个函数，它用于设置可以同时执行的最大 CPU 核心数，也就是可以同时运行的 goroutine 的最大数量。
• 参数 n 表示要使用的 CPU 核心数。如果 n 小于 1，则表示不限制 CPU 核心数，Go 运行时会根据系统的 CPU 核心数自动调整。

可以看出当参数为1的时候执行的时间不同 ，那么原因是什么？

首先对代码部分进行简单分析

package main

import (
	"fmt"
	"runtime"
	"time"
)

func a() {
	for i := 0; i < 5; i++ {
		fmt.Println("A: ", i)
	}
	fmt.Println(time.Now())
}
func b() {
	for i := 0; i < 5; i++ {
		fmt.Println("B: ", i)
	}
	fmt.Println(time.Now())
}
func main() {
	runtime.GOMAXPROCS(1)
	go a()
	go b()
	time.Sleep(time.Second)
}

• runtime.GOMAXPROCS(1)：将最大的可同时执行的 goroutine 数量设置为 1。这意味着在任何给定的时间，只有一个 goroutine 会在 CPU 上执行，其他 goroutine 会等待。
• go a() 和 go b()：启动两个 goroutine，分别执行函数 a 和 b。
• time.Sleep(time.Second)：让主 goroutine 暂停执行一秒钟，以等待 a 和 b 两个 goroutine 有机会执行。

执行时间不同的原因：

• 尽管 runtime.GOMAXPROCS(1) 限制了并发执行的 goroutine 数量为 1，但 goroutine 的调度顺序仍然是不确定的。
• 当 a 和 b 两个 goroutine 被创建后，它们会被放入 goroutine 队列中等待调度。由于 goroutine 的调度是由 Go 的运行时系统决定的，所以 a 和 b 哪个先被执行是不确定的。
• 即使 a 先被调度，它可能会在执行过程中被暂停，然后 b 被调度，或者反之。这取决于 Go 运行时的调度决策，包括当前系统的负载、其他 goroutine 的状态等因素。

思考：更改参数n的值会使执行时间相同吗？

• runtime.GOMAXPROCS(2) 会允许最多 2 个 goroutine 同时运行，但这并不保证 a 和 b 函数的执行顺序会固定。
• 即使有 2 个 CPU 核心可用，Go 的运行时调度器仍然会根据各种因素（如系统负载、其他 goroutine 的状态等）来决定哪个 goroutine 先执行，以及它们的执行顺序。
• 每个 goroutine 的执行时间可能会受到系统资源分配、操作系统调度、其他进程的影响，因此即使有更多的 CPU 资源，也不能保证 a 和 b 的执行顺序和时间是固定的。

修改方案

可以通过管道来同步时间

package main

import (
	"fmt"
	"time"
)

func a(ch chan bool) {
	for i := 0; i < 5; i++ {
		fmt.Println("A: ", i)
	}
	fmt.Println(time.Now())
	ch <- true
}

func b(ch chan bool) {
	<-ch
	for i := 0; i < 5; i++ {
		fmt.Println("B: ", i)
	}
	fmt.Println(time.Now())
}

func main() {
	ch := make(chan bool)
	go a(ch)
	go b(ch)
	time.Sleep(time.Second)
}

部分代码解析

• ch := make(chan bool)：创建一个布尔类型的通道。
• func a(ch chan bool)：函数 a 执行完后会向通道 ch 发送一个 true 值。
• func b(ch chan bool)：函数 b 会从通道 ch 接收一个值，这会阻塞 b 的执行，直到 a 发送一个值到通道。这样可以确保 b 在 a 完成后开始执行。

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