【Go基础】并发编程

妖狐艹你老母 2022-09-03 14:25 232阅读 0赞

# 并发编程 #

*  并发编程
    
     *  Go并发的设计
        
         *  相关概念
         *  启动协程
     *  同步
     *  通道channel
        
         *  创建channel
         *  channel的读写
     *  单方向channel
     *  定时器
     *  相关资料

--------------------

## Go并发的设计 ##

Go语言最大的特色是并发，而且Go的并发并不像线程或进程那样，受CPU核心数的限制，只要你愿意，你可以启动成千上万个`Goroutine协程`。

### 相关概念 ###

*  进程：最小的系统资源申请单位。
 *  线程：最小的执行单位，一个进程内可以启动多个线程。
 *  协程(`Goroutine`)：协程是比线程还要小的执行单位，准确地说，协程是通过线程来执行的。

在操作系统层面，线程是最小的执行单位。Go语言调度算法会为每个线程提供一个`Goroutine`协程执行列表，CPU在不同的线程间切换时需要记录上下文信息，如图所示：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2p1c3RyeV9kZW5n_size_16_color_FFFFFF_t_70]

当线程调度执行某个`Goroutine`协程的时，该协程阻塞了，调度该协程的线程会被挂起，此时，该线程也就没法执行其他`Goroutine`协程了。此时，Go的调度算法会将该线程的`Goroutine`协程队列转移到其他线程的`Goroutine`协程队列中去，如图所示：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2p1c3RyeV9kZW5n_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]

### 启动协程 ###

> 使用关键字`go` \+ 函数调用，即可启动一个协程

示例一：

import (
    	"fmt"
    	"time"
    )
    
    func main() { 
    	fmt.Println("start")
    
    	// 开启协程
    	go func() { 
    		fmt.Println("协程执行了")
    	}()
    
    	// 睡眠1s,给足够的时间，观察协程输出
    	time.Sleep(time.Second * 1)
    	fmt.Println("end")
    }

输出：

start
    协程执行了
    end

示例二：

import (
    	"fmt"
    	"time"
    )
    
    func main() { 
    	// 开启协程，每隔200毫秒打印一下符号，提升用户体验
    	go spinner(time.Millisecond * 200)
    
    	// 计算斐波那契数列
    	fmt.Printf("\n%d\n", fib(45))
    }
    
    // 计算斐波那契数列
    func fib(x int) int { 
    	if x < 2 { 
    		return x
    	}
    	return fib(x-2) + fib(x-1)
    }
    
    // 打印符号
    func spinner(delay time.Duration) { 
    	for { 
    		for _, r := range `-\|/` { 
    			fmt.Printf("\r%c", r)
    			time.Sleep(delay)
    		}
    	}
    }

输出：

# 动态效果，循环输出 - \ | /
    \

## 同步 ##

> 在Go中，常用的同步机制有
> 
>  *  `WaitGroup`
>     
>     注：类似于Java的倒计时锁`CountDownLatch`
>  *  互斥锁(`Mutex`)
>  *  读写锁(`RWMutex`)
>  *  条件变量(`Cond`)

示例：使用同步机制前

import (
    	"fmt"
    )
    
    func main() { 
    	for i := 0; i < 10; i++ { 
    		go func(num int) { 
    			fmt.Println(num)
    		}(i)
    	}
    	fmt.Println("main线程执行了")
    }

输出：

0
    main线程执行了

示例：使用同步机制后

import (
    	"fmt"
    	"sync"
    )
    
    var w sync.WaitGroup
    
    func main() { 
    	for i := 0; i < 10; i++ { 
    		// 计数+1
    		w.Add(1)
    		go func(num int) { 
    			fmt.Println(num)
    			// 计数-1
    			w.Done()
    		}(i)
    	}
    	// 阻塞等待，直到w值为0
    	w.Wait()
    	fmt.Println("main线程执行了")
    }

输出：

0
    2
    6
    7
    4
    5
    9
    3
    8
    1
    main线程执行了

## 通道channel ##

>  *  `Linux`的管到机制：`Linux`的管道机制是借助内核开辟的缓冲区实现一个像是"水管"的通道，"水管"两端的进程可以通过这个"水管"进行传递，以达到进程间通信的目标。
>  *  Go语言的`channel`：Go语言的channel类似于`Linux`管道，`channel`通过阻塞读和阻塞写的方式，可以精准控制`Goroutine`协程的运行、通信，即：实现了`Goroutine`协程间的同步。
>     
>     注：channel传递数据的方式有点"不见不散"的意思，读和写的双方同时操作的时候才会解除彼此的阻塞，否者一方会死等另一方的到来。

### 创建channel ###

> 创建channel
> 
>     make(chan chantype)// 或者make(chan chantype, d uint)
> 
>  *  `chan`：channel的关键字
>     
>     注：`chantype`代表了通道内可以传递的数据类型，可以是原生类型，也可以是自定义结构。
>  *  d：代表通道的缓冲区大小；通道本身是同步机制，使用缓冲区可以做到异步操作

### channel的读写 ###

> channel的读写行为
> 
>  *  写行为
>     
>      *  通道缓冲区已满（无缓冲区）：写阻塞直到缓冲区有空间(或读端有读行为)
>      *  通道缓冲区未满：顺利写入，结束
>  *  读行为
>     
>      *  缓冲区无数据（无数数据时写端未写数据）：读阻塞直到写端有数据写入
>      *  缓冲区有数据：顺利读数据，结束
> 
> channel的读写语法
> 
>     msg := <- c // 读，将channel c中的数据读取至msgc <- msg // 写，将msg中的数据写入channel c
> 
> 提示：通过观察channel和箭头的位置即可轻松区分读和写。

示例一：

import (	"fmt"	"sync"	"time")var c chan stringvar w sync.WaitGroupfunc reader() { 	msg := <-c // 从c读 fmt.Println("I am reader,", msg)}func main() { c = make(chan string) w.Add(1) go reader() fmt.Println("begin sleep") // 睡眠3秒是为了看执行效果，验证channel阻塞读 time.Sleep(time.Second * 3) c <- "hello" // 往c写 time.Sleep(time.Second * 1) // 睡眠1秒是为了避免main结束得太快而看不到执行效果}

输出：

begin sleepI am reader, hello

示例二：

> 提示：
> 
>  *  channel使用完毕后，需要作出close关闭，以达到广播的目的，这样一来其它使用到该channel的"家伙"就能感知到
>     
>     注：试想一下，假设`协程writterA` 通过`通道channelB`向另一个`协程readerC`跨协程传输数据，传输完毕后，通道自动关闭(不可能再有人往里面写数据了，因为通道都没了)而没有通知`协程readerC`，那么由于channel的读写阻塞机制，`协程readerC`就会一直等下去，进而形成死锁。
>  *  关闭channel的动作一定要由写端发起；如果读端关闭了，写端不知情，写端再往已经关闭了的channel写数据就会报错

下述代码示例为：做一个数字传递的游戏使用3个协程，第一个协程负责将0-9传递给第二个协程，第二个协程将受收到的数据平方后传递给第三个协程，第三个协程负责将收到的数据打印到控制台。

import (	"fmt"	"time")func main() { 	var c1 = make(chan int)	var c2 = make(chan int)	// 数数的协程 go func() { for i := 0; i < 10; i++ { c1 <- i // 向通道c1写入数据 time.Sleep(time.Second * 1) // 这里睡眠1秒，是为了方便观察执行效果，要不然程序一下子就全部输出来了 } close(c1) // 写完后, 关闭c1 }() // 计算平方的协程 go func() { for { num, ok := <-c1 // 读取c1数据 if ok { c2 <- num * num // 将平方写入c2 } else { break // 如果ok==false,即：c1关闭了，那么结束循环 } } close(c2) // 写完后, 关闭c2 }() // main最后负责打印（msin本身也属于一个协程） for { for { num, ok := <-c2 // 读取c2数据 if ok { fmt.Println(num) } else { break // 如果ok==false,即：c2关闭了，那么结束循环 } } }}

输出：

0149162536496481

## 单方向channel ##

`单方向channel`和`channel`用法其实是一样的，不同的是：单方向channel通过主动声明读通道（或写通道）的方式，从语法上强制约束了该通道只能读（或只能写），降低了程序员对代码的理解难度，让通道的使用更加明了，让channel更友好了。

> 单方法channel的声明：
> 
>     chan_name chan <- chan_type // 只写通道chan_name <- chan chan_type // 只读通道

示例：

import (	"fmt"	"time")func main() { 	var c1 = make(chan int)	var c2 = make(chan int)	// 数数的协程 go func(writeChannel chan<- int) { for i := 0; i < 10; i++ { writeChannel <- i // 向通道writeChannel写入数据 time.Sleep(time.Second * 1) // 这里睡眠1秒，是为了方便观察执行效果，要不然程序一下子就全部输出来了 } close(writeChannel) // 写完后, 关闭writeChannel }(c1) // 计算平方的协程 go func(readChannel <-chan int, writeChannel chan<- int) { for { num, ok := <-readChannel // 读取readChannel数据 if ok { writeChannel <- num * num // 将平方写入writeChannel } else { break // 如果ok==false,即：readChannel关闭了，那么结束循环 } } close(writeChannel) // 写完后, 关闭writeChannel }(c1, c2) // main最后负责打印 for { for { num, ok := <-c2 // 读取c2数据 if ok { fmt.Println(num) } else { break // 如果ok==false,即：c2关闭了，那么结束循环 } } }}

输出：

0149162536496481

## 定时器 ##

> 定时器是Go语言对channel的一个非常典型的应用；当你声明运行一个定时器后，Go语言会每隔一段时间（这个时间在你声明定时器时由你指定）作为写的一方往channel写数据，应用程序作为读的一方，每当收到一次数据，那么即说明过去了指定的时间长度，即达到了定时的效果

示例：

import (	"fmt"	"time")func main() { 	ticker := time.NewTicker(time.Second)	num := 5	for { 		// 从channel C中读取数据（注：这里虽然读取数据了，但是没有使用变量接收这个数据，这是可以的） <-ticker.C fmt.Println(num) num-- if num == 0 { break } } ticker.Stop() launch() // 倒计时结束，发射}func launch() { fmt.Println("发射！")}

输出：

54321发射！

--------------------

**^\_^ 整理自《Go语言区块链应用开发从入门到精通》高野 编著**

**^\_^ 本文已经被收录进[《程序员成长笔记》 ][Link 1]，笔者JustryDeng**

[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2p1c3RyeV9kZW5n_size_16_color_FFFFFF_t_70]: /images/20220829/1065c95e575c4e6e8e4b29a3c47efbbd.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2p1c3RyeV9kZW5n_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]: /images/20220829/11cf5a78cb1e43da87748791e819bb12.png
[Link 1]: https://gitee.com/JustryDeng/notebook