关于golang:22-Go常见的并发模式和并发模型

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传统的编程语言 C ++ Java Python 等，他们的并发逻辑多事基于操作系统的线程。并发执行单元（线程）之间的通信利用的就是操作系统提供的线程或过程间通信的原语。如：共享内存、信号、管道、音讯队列、套接字等。在这些通信原语中，应用最宽泛的就是共享内存。

如果你应用过这种共享内存的并发模型，其实是难用的和容易产生谬误的，特地是在大型或简单的业务场景中。

Go 语言从程序设计当初，就将解决下面传统并发模型问题作为指标，并在新并发模型设计中借鉴注明的 CSP(Communicationing Sequential Processes- 通信顺序进程)并发模型。

CSP 模型目标在于简化并发程序的编写，让并发程序的编写程序与编写顺序程序一样简略。

生产者 —》输入数据 — 输出 / 输入原语 —》输入数据

为了实现 CSP 模型，GO 语言引入了 Channel.Goroutine 能够读写 channel 中的数据，通过 channel 将 goroutine 组合连贯在一起。

Go 语言中 CSP 尽管是支流并发模型，然而还是反对共享内存并发模型。次要是在 sync 包中的互斥锁、读写锁、条件变量、原子操作等。那么咱们该如何抉择呢？

通常会应用上面的形式：

type Worker struct {

}

func Do(f func()) chan Worker {w:= make(chan Worker)

    go func() {f()
        w<-Worker{}}()

    return w
}

func main() {c:=Do(func() {fmt.Print("到下班时间了...")
    })

    <-c
}

Do 函数外部创立了一个 gorutine 并且返回了一个 channel 类型的变量。Do 函数创立的新 goroutine 与调用的 Do 函数的 goroutine 之间通过一个 channel 分割了起来，2 个 goroutine 能够通过 channel 进行通信。Do 函数的实现因为 channel 在 Go 语言中是一等公民，channel 能够像变量一样初始化、传递和赋值。下面的例子 Do 返回了一个变量，这个变量就是通道，实现了主 goroutine 和子 goroutine 的通信。

##### a) 拆散模式
拆散模式应用最宽泛的是 goroutine 退出模式。所谓拆散模式就是创立它的 goroutine 不须要关怀她的退出，这类 goroutine 启动后与其创建者彻底拆散，其生命周期与其执行的主函数相干，函数返回即 goroutine 退出。
场景 1：一次性工作

// $GOROOT/src/net/dial.go

func (d *Dialer) DialContext(ctx context.Context, network, address string) (Conn, error) {
   ... ...
       if oldCancel := d.Cancel; oldCancel != nil {subCtx, cancel := context.WithCancel(ctx)
               defer cancel()
               go func() {
                       select {
                       case <-oldCancel:
                               cancel()
                       case <-subCtx.Done():}
               }()
               ctx = subCtx
       }
   ... ...
}

在 DialContext 办法中创立了一个 goroutine，用来监听量个 channel 是否有数据，一旦有数据，解决后即退出。

场景 2 常驻后盾执行一些特定工作，比方罕用 for{…}或 for{select{…}}模式，还能够用定时器或事件驱动执行。上面是 Go 给每个 P 内置的 GC goroutine 就是这种场景的。

// $GOROOT/src/runtime/mgc.go
func gcBgMarkStartWorkers() {
        // Background marking is performed by per-P G's. Ensure that
        // each P has a background GC G.
        for _, p := range allp {
                if p.gcBgMarkWorker == 0 {go gcBgMarkWorker(p) // 每个 P 创立一个 goroutine，以运行 gcBgMarkWorker
                        notetsleepg(&work.bgMarkReady, -1)
                        noteclear(&work.bgMarkReady)
                }
        }
}

func gcBgMarkWorker(_p_ *p) {gp := getg()
    ... ...
    for { 
            // 解决 GC 事宜
        ... ...
    }
}

##### b) join 模式
在线程模型中，父线程能够通过 pthread join 来期待子线程完结并获取子线程的完结状态。在 Go 中，咱们有时候也有这种需要：goroutine 的创建者须要期待新 goroutine 的后果。

type Worker struct {

}

func Do(f func()) chan Worker {w:= make(chan Worker)

   go func() {f()
       w<-Worker{}}()

   return w
}

func main() {c:=Do(func() {fmt.Print("到下班时间了...")
   })

   <-c
}

咱们还是看刚刚下面的这个例子，Do 函数应用典型的 goroutine 的创立模式创立了一个 groutine，main 的 goroutine 作为创立通过 Do 函数返回的 channel 与新 goroutine 建设关系，这个 channel 得用处就是在文革 goroutine 之间建设退出工夫的“信号”通信机制。main goroutine 在创立完新 goroutine 后就在该 channel 上阻塞期待了，晓得新的 goroutine 退出前向该 channel 发送了一个”信号”。

运行代码，后果如下：

到下班时间了 …
Process finished with exit code 0

获取 goroutine 的退出状态

如果新 goroutine 的创建者不仅仅要期待 goroutine 的退出，还要晓得完结状态，咱们能够通过自定义类型的 channel 来实现这样的需要。

func add(a,b int) int{return a+b}

func Do(f func(a,b int) int,a,b int) chan int{c:=make(chan int)

    go func() {r:=f(a,b)
        c<-r
    }()

    return c
}

func main() {c:=Do(add,1,5)
    fmt.Println(<-c)
}

运行后果是 6

期待多个 goroutine 退出

func add(a,b int) int{return a+b}

func Do(f func(a,b int) int,a,b,n int) chan int{c:=make(chan int)

    var wg sync.WaitGroup
    for i:=0;i<n;i++{wg.Add(1)
        go func() {r:=f(a,b)
            fmt.Println(r)
            wg.Done()}()}

    go func() {wg.Wait()
        c<-100
    }()

    go func() {}()

    return c
}

func main() {c:=Do(add,1,5,5)
    fmt.Println(<-c)
}

运行后果
6
6
6
6
6
100

##### c) notify-wait 模式
后面的场景中，goroutine 的创建者都是在被动地期待新 goroutine 的退出。有些场景，goroutine 的创建者须要被动告诉那些新 goroutine 退出。

告诉并期待一个 goroutine 的退出

func add(a, b int) int {return a + b}

func Do(f func(a, b int) int, a, b int) chan int {quit := make(chan int)

    go func() {
        var job chan string
        for {

            select {
            case x := <-job:
                f(a, b)
                fmt.Println(x)
            case y := <-quit:
                quit <- y
            }
        }
    }()

    return quit
}

func main() {c := Do(add, 1, 5)
    fmt.Println("开始干活")
    time.Sleep(1 * time.Second)
    c <- 0
    timer := time.NewTimer(time.Second * 10)
    defer timer.Stop()
    select {
    case status := <-c:
        fmt.Println(status)
    case <-timer.C:
        fmt.Println("期待...")
    }
}

执行代码后果如下
开始干活
0

告诉并期待多个 goroutine 退出

上面是告诉并期待多个 goroutine 退出的场景。Go 语言的 channel 有一个个性，那就是当应用 close 函数敞开 channel 时，所有阻塞到该 channel 上的 goroutine 都会失去告诉。

func worker(x int)  {time.Sleep(time.Second * time.Duration(x))
}

func Do(f func(a int), n int) chan int {quit := make(chan int)
    job:=make(chan int)
    var wg sync.WaitGroup
    for i:=0;i<n;i++ {wg.Add(1)
        go func(i int) {defer wg.Done()
            name := fmt.Sprintf("worker-%d",i)
            for {
                j,ok:=<-job
                if !ok{fmt.Println(name,"done")
                    return
                }
                worker(j)
            }
        }(i)
    }

    go func() {
        <-quit
        close(job)
        wg.Wait()
        quit<-200
    }()


    return quit
}

func main() {quit:=Do(worker,5)
    fmt.Println("func Work...")
    quit<-1
    timer := time.NewTimer(time.Second * 10)
    defer timer.Stop()
    select {
    case status := <-quit:
        fmt.Println(status)
    case <-timer.C:
        fmt.Println("期待...")
    }
}

运行后果
func Work...
worker-1 done
worker-2 done
worker-3 done
worker-4 done
worker-0 done
200

正文完