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关于golang:Go-专栏｜并发编程goroutinechannel-和-sync

jiezi

原文链接： Go 专栏|并发编程：goroutine，channel 和 sync

优雅的并发编程范式，欠缺的并发反对，杰出的并发性能是 Go 语言区别于其余语言的一大特色。

在当今这个多核时代，并发编程的意义显而易见。应用 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能够启动成千上万个协程。

上面就来具体介绍。

goroutine

Go 语言的并发执行体称为 goroutine，应用关键词 go 来启动一个 goroutine。

go 关键词前面必须跟一个函数，能够是有名函数，也能够是无名函数，函数的返回值会被疏忽。

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)
}

从执行后果来看，胜利计算出了斐波那契数列的值，阐明程序在 spinner 处并没有阻塞，而且 spinner 函数还始终在屏幕上打印提醒字符，阐明程序正在执行。

当计算完斐波那契数列的值，main 函数打印后果并退出，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)
    }
}

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 关键词创立，而后并发执行。当 main 函数返回时，不会期待其余 goroutine 执行完，而是间接暴力完结所有 goroutine。

那有没有方法解决呢？当然是有的，请往下看。

channel

个别写多过程程序时，都会遇到一个问题：过程间通信。常见的通信形式有信号，共享内存等。goroutine 之间的通信机制是通道 channel。

应用 make 创立通道：

ch := make(chan int) // ch 的类型是 chan int

通道反对三个次要操作：send，receive 和 close。

ch <- x // 发送
x = <-ch // 接管
<-ch // 接管，抛弃后果

close(ch) // 敞开

无缓冲 channel

make 函数承受两个参数，第二个参数是可选参数，示意通道容量。不传或者传 0 示意创立了一个无缓冲通道。

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管操作。相同，如果接管先执行，那么接管 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。

上面咱们应用无缓冲通道把下面例子中呈现的问题解决一下。

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)
    }
}

能够失常输入后果。

主 goroutine 会阻塞，直到读取到通道中的值，程序继续执行，最初退出。

缓冲 channel

创立一个容量是 5 的缓冲通道：

ch := make(chan int, 5)

缓冲通道的发送操作在通道尾部插入一个元素，接管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 执行接管。相同，如果通道是空的，接管会阻塞，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 是一个只能接管的通道。

任何双向通道都能够用作单向通道，但反过来不行。

还有一点须要留神，close 只能用在发送通道上，如果用在接管通道会报错。

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)

}

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，其余 goroutine 不论读写，只能期待，直到锁被开释。

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) {
            // 因为主 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 秒后开释锁
    time.Sleep(time.Second * 5)
    fmt.Println("ready unlock (G0)")
    mutex.Unlock()
    fmt.Println("unlocked (G0)")

    wg.Wait()}

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，同时读胜利。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) {
            // 写锁定下是须要解锁后能力写的
            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()}

总结

并发编程算是 Go 的特色，也是外围性能之一了，波及的知识点其实是十分多的，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 的简略用法，而后引出了通道的概念。

通道有三种：

  1. 无缓冲通道
  2. 缓冲通道
  3. 单向通道

最初介绍了 Go 中的锁机制，别离是 sync 包提供的 sync.Mutex（互斥锁）和 sync.RWMutex（读写锁）。

goroutine 博大精深，前面的坑还是要缓缓踩的。

文章中的脑图和源码都上传到了 GitHub，有须要的同学可自行下载。

地址： https://github.com/yongxinz/g…

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