Golang并发控制简述

青旅半醒 2022-09-03 09:28 29阅读 0赞

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**引言**

Golang中通过go关键字就可开启一个goroutine，因此，在Go中可以轻松写出并发代码。但是，如何对这些并发执行的groutines有效地控制？

提到并发控制，很多人可能最先想到的是锁。Golang中同样提供了锁的相关机制，包括互斥锁sync.Mutex，和读写锁sync.RWMutex。除了锁，还有原子操作sync/atomic等。但是，这些机制关注的重点是goroutines的并发数据安全性。而本文想讨论的是goroutine的并发行为控制。

在goroutine并发行为控制中，有三种常见的方式，分别是WaitGroup、channel和Context。

### **WaitGroup** ###

WaitGroup位于sync包下，它的使用方法如下。

func main() {
      var wg sync.WaitGroup
    
    
      wg.Add(2) //添加需要完成的工作量2
    
    
      go func() {
        wg.Done() //完成工作量1
        fmt.Println("goroutine 1 完成工作！")
      }()
    
    
      go func() {
        wg.Done() //完成工作量1
        fmt.Println("goroutine 2 完成工作！")
      }()
    
    
      wg.Wait() //等待工作量2均完成
      fmt.Println("所有的goroutine均已完成工作！")
    }
    
    
    输出:
    //goroutine 2 完成工作！
    //goroutine 1 完成工作！
    //所有的goroutine均已完成工作！

WaitGroup这种并发控制方式尤其适用于：某任务需要多 goroutine 协同工作，每个 goroutine 只能做该任务的一部分，只有全部的 goroutine 都完成，任务才算是完成。因此，WaitGroup同名字的含义一样，是一种等待的方式。

但是，在实际的业务中，有这么一种场景：当满足某个要求时，需主动的通知某一个 goroutine 结束。比如我们开启一个后台监控goroutine，当不再需要监控时，就应该通知这个监控 goroutine 结束，不然它会一直空转，造成泄漏。

### **Channel** ###

对于上述场景，WaitGroup无能为力。那能想到的最简单的方法：定义一个全局变量，在其它地方通过修改这个变量进行通知，后台 goroutine 会不停的检查这个变量，如果发现变量发生了变化，即自行关闭，但是这个方法未免有些笨拙。这种情况，channel+select可派上用场。

func main() {
      exit := make(chan bool)
    
    
      go func() {
        for {
          select {
          case <-exit:
            fmt.Println("退出监控")
            return
          default:
            fmt.Println("监控中")
            time.Sleep(2 * time.Second)
          }
        }
      }()
    
    
      time.Sleep(5 * time.Second)
      fmt.Println("通知监控退出")
      exit <- true
    
    
      //防止main goroutine过早退出
      time.Sleep(5 * time.Second)
    }
    
    
    输出：
    //监控中
    //监控中
    //监控中
    //通知监控退出
    //退出监控

这种 channel+select 的组合，是比较优雅的通知goroutine 结束的方式。

但是，该方案同样存在局限性。试想，如果有多个 goroutine 都需要控制结束怎么办？如果这些 goroutine 又衍生了其它更多的goroutine 呢？当然我们可以定义很多 channel 来解决这个问题，但是 goroutine 的关系链导致这种场景的复杂性。

### **Context** ###

以上场景常见于CS架构模型下。在Go中，常常为每个client开启单独的goroutine（A）来处理它的一系列request，并且往往单个A中也会请求其他服务（启动另一个goroutine B），B也可能会请求另外的goroutine C，C再将request发送给例如Databse的server。设想，当client断开连接，那么与之相关联的A、B、C均需要立即退出，系统才可回收A、B、C所占用的资源。退出A简单，但是，如何通知B、C也退出呢？

这个时候，Context就出场了。

func A(ctx context.Context, name string)  {
      go B(ctx ,name) //A调用了B
      for {
        select {
        case <-ctx.Done():
          fmt.Println(name, "A退出")
          return
        default:
          fmt.Println(name, "A do something")
          time.Sleep(2 * time.Second)
        }
      }
    }
    
    
    func B(ctx context.Context, name string)  {
      for {
        select {
        case <-ctx.Done():
          fmt.Println(name, "B退出")
          return
        default:
          fmt.Println(name, "B do something")
          time.Sleep(2 * time.Second)
        }
      }
    }
    
    
    func main() {
      ctx, cancel := context.WithCancel(context.Background())
    
    
      go A(ctx, "【请求1】") //模拟client来了1个连接请求
    
    
      time.Sleep(3 * time.Second)
      fmt.Println("client断开连接，通知对应处理client请求的A,B退出")
      cancel() //假设满足某条件client断开了连接，那么就传播取消信号，ctx.Done()中得到取消信号
    
    
      time.Sleep(3 * time.Second)
    }
    
    
    输出：
    //【请求1】 A do something
    //【请求1】 B do something
    //【请求1】 A do something
    //【请求1】 B do something
    //client断开连接，通知对应处理client请求的A,B退出
    //【请求1】 B退出
    //【请求1】 A退出

示例中模拟了客户端来了连接请求，相应开启Goroutine A进行处理，A同时开启了B处理，A和B都使用了 Context 进行跟踪，当我们使用 cancel 函数通知取消时，这 2个 goroutine 都会被结束。

这就是 Context 的控制能力，它就像一个控制器一样，按下开关后，所有基于这个 Context 或者衍生的子 Context 都会收到通知，这时就可以进行清理操作了，最终释放 goroutine，这就优雅的解决了 goroutine 启动后不可控的问题。

关于Context的详细用法，不在本文讨论范围之内。后续会出专门对Context包的讲解文章，敬请关注。

### **总结** ###

本文列举了三种Golang中并发行为控制模式。模式之间没有好坏之分，只在于不同的场景用恰当的方案。实际项目中，往往多种方式混合使用。

*  WaitGroup：多个goroutine的任务处理存在依赖或拼接关系。
 *  channel+select：可以主动取消goroutine；多groutine中数据传递；channel可以代替WaitGroup的工作，但会增加代码逻辑复杂性；多channel可以满足Context的功能，同样，也会让代码逻辑变得复杂。
 *  Context：多层级groutine之间的信号传播（包括元数据传播，取消信号传播、超时控制等）。

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