詳解Golang 中的并發(fā)限制與超時控制
前言
上回在 用 Go 寫一個輕量級的 ssh 批量操作工具 里提及過，我們做 Golang 并發(fā)的時候要對并發(fā)進行限制，對 goroutine 的執(zhí)行要有超時控制。那會沒有細說，這里展開討論一下。
以下示例代碼全部可以直接在 The Go Playground 上運行測試：
并發(fā)
我們先來跑一個簡單的并發(fā)看看
package main
import (
"fmt"
"time"
)
func run(task_id, sleeptime int, ch chan string) {
time.Sleep(time.Duration(sleeptime) * time.Second)
ch <- fmt.Sprintf("task id %d , sleep %d second", task_id, sleeptime)
return
}
func main() {
input := []int{3, 2, 1}
ch := make(chan string)
startTime := time.Now()
fmt.Println("Multirun start")
for i, sleeptime := range input {
go run(i, sleeptime, ch)
}
for range input {
fmt.Println(<-ch)
}
endTime := time.Now()
fmt.Printf("Multissh finished. Process time %s. Number of tasks is %d", endTime.Sub(startTime), len(input))
}
函數(shù) run() 接受輸入的參數(shù)，sleep 若干秒。然后通過 go 關鍵字并發(fā)執(zhí)行，通過 channel 返回結果。
channel 顧名思義，他就是 goroutine 之間通信的“管道"。管道中的數(shù)據(jù)流通，實際上是 goroutine 之間的一種內存共享。我們通過他可以在 goroutine 之間交互數(shù)據(jù)。
ch <- xxx // 向 channel 寫入數(shù)據(jù) <- ch // 從 channel 中讀取數(shù)據(jù)
channel 分為無緩沖(unbuffered)和緩沖(buffered)兩種。例如剛才我們通過如下方式創(chuàng)建了一個無緩沖的 channel。
ch := make(chan string)
channel 的緩沖，我們一會再說，先看看剛才看看執(zhí)行的結果。
Multirun start task id 2 , sleep 1 second task id 1 , sleep 2 second task id 0 , sleep 3 second Multissh finished. Process time 3s. Number of tasks is 3 Program exited.
三個 goroutine `分別 sleep 了 3，2，1秒。但總耗時只有 3 秒。所以并發(fā)生效了，go 的并發(fā)就是這么簡單。
按序返回
剛才的示例中，我執(zhí)行任務的順序是 0，1，2。但是從 channel 中返回的順序卻是 2，1，0。這很好理解，因為 task 2 執(zhí)行的最快嘛，所以先返回了進入了 channel，task 1 次之，task 0 最慢。
如果我們希望按照任務執(zhí)行的順序依次返回數(shù)據(jù)呢？可以通過一個 channel 數(shù)組（好吧，應該叫切片）來做，比如這樣
package main
import (
"fmt"
"time"
)
func run(task_id, sleeptime int, ch chan string) {
time.Sleep(time.Duration(sleeptime) * time.Second)
ch <- fmt.Sprintf("task id %d , sleep %d second", task_id, sleeptime)
return
}
func main() {
input := []int{3, 2, 1}
chs := make([]chan string, len(input))
startTime := time.Now()
fmt.Println("Multirun start")
for i, sleeptime := range input {
chs[i] = make(chan string)
go run(i, sleeptime, chs[i])
}
for _, ch := range chs {
fmt.Println(<-ch)
}
endTime := time.Now()
fmt.Printf("Multissh finished. Process time %s. Number of tasks is %d", endTime.Sub(startTime), len(input))
}
運行結果，現(xiàn)在輸出的次序和輸入的次序一致了。
Multirun start
task id 0 , sleep 3 second
task id 1 , sleep 2 second
task id 2 , sleep 1 second
Multissh finished. Process time 3s. Number of tasks is 3
Program exited.
超時控制
剛才的例子里我們沒有考慮超時。然而如果某個 goroutine 運行時間太長了，那很肯定會拖累主 goroutine 被阻塞住，整個程序就掛起在那兒了。因此我們需要有超時的控制。
通常我們可以通過select + time.After 來進行超時檢查，例如這樣，我們增加一個函數(shù) Run() ，在 Run() 中執(zhí)行 go run() 。并通過 select + time.After 進行超時判斷。
package main
import (
"fmt"
"time"
)
func Run(task_id, sleeptime, timeout int, ch chan string) {
ch_run := make(chan string)
go run(task_id, sleeptime, ch_run)
select {
case re := <-ch_run:
ch <- re
case <-time.After(time.Duration(timeout) * time.Second):
re := fmt.Sprintf("task id %d , timeout", task_id)
ch <- re
}
}
func run(task_id, sleeptime int, ch chan string) {
time.Sleep(time.Duration(sleeptime) * time.Second)
ch <- fmt.Sprintf("task id %d , sleep %d second", task_id, sleeptime)
return
}
func main() {
input := []int{3, 2, 1}
timeout := 2
chs := make([]chan string, len(input))
startTime := time.Now()
fmt.Println("Multirun start")
for i, sleeptime := range input {
chs[i] = make(chan string)
go Run(i, sleeptime, timeout, chs[i])
}
for _, ch := range chs {
fmt.Println(<-ch)
}
endTime := time.Now()
fmt.Printf("Multissh finished. Process time %s. Number of task is %d", endTime.Sub(startTime), len(input))
}
運行結果，task 0 和 task 1 已然超時
Multirun start
task id 0 , timeout
task id 1 , timeout
tasi id 2 , sleep 1 second
Multissh finished. Process time 2s. Number of task is 3
Program exited.
并發(fā)限制
如果任務數(shù)量太多，不加以限制的并發(fā)開啟 goroutine 的話，可能會過多的占用資源，服務器可能會爆炸。所以實際環(huán)境中并發(fā)限制也是一定要做的。
一種常見的做法就是利用 channel 的緩沖機制——開始的時候我們提到過的那個。
我們分別創(chuàng)建一個帶緩沖和不帶緩沖的 channel 看看
ch := make(chan string) // 這是一個無緩沖的 channel，或者說緩沖區(qū)長度是 0 ch := make(chan string, 1) // 這是一個帶緩沖的 channel, 緩沖區(qū)長度是 1
這兩者的區(qū)別在于，如果 channel 沒有緩沖，或者緩沖區(qū)滿了。goroutine 會自動阻塞，直到 channel 里的數(shù)據(jù)被讀走為止。舉個例子
package main
import (
"fmt"
)
func main() {
ch := make(chan string)
ch <- "123"
fmt.Println(<-ch)
}
這段代碼執(zhí)行將報錯
fatal error: all goroutines are asleep - deadlock!
goroutine 1 [chan send]:
main.main()
/tmp/sandbox531498664/main.go:9 +0x60Program exited.
這是因為我們創(chuàng)建的 ch 是一個無緩沖的 channel。因此在執(zhí)行到 ch<-"123",這個 goroutine 就阻塞了，后面的 fmt.Println(<-ch) 沒有辦法得到執(zhí)行。所以將會報 deadlock 錯誤。
如果我們改成這樣，程序就可以執(zhí)行
package main
import (
"fmt"
)
func main() {
ch := make(chan string, 1)
ch <- "123"
fmt.Println(<-ch)
}
執(zhí)行
123
Program exited.
如果我們改成這樣
package main
import (
"fmt"
)
func main() {
ch := make(chan string, 1)
ch <- "123"
ch <- "123"
fmt.Println(<-ch)
fmt.Println(<-ch)
}
盡管讀取了兩次 channel，但是程序還是會死鎖，因為緩沖區(qū)滿了，goroutine 阻塞掛起。第二個 ch<- "123" 是沒有辦法寫入的。
fatal error: all goroutines are asleep - deadlock!
goroutine 1 [chan send]:
main.main()
/tmp/sandbox642690323/main.go:10 +0x80Program exited.
因此，利用 channel 的緩沖設定，我們就可以來實現(xiàn)并發(fā)的限制。我們只要在執(zhí)行并發(fā)的同時，往一個帶有緩沖的 channel 里寫入點東西（隨便寫啥，內容不重要）。讓并發(fā)的 goroutine 在執(zhí)行完成后把這個 channel 里的東西給讀走。這樣整個并發(fā)的數(shù)量就講控制在這個 channel 的緩沖區(qū)大小上。
比如我們可以用一個 bool 類型的帶緩沖 channel 作為并發(fā)限制的計數(shù)器。
chLimit := make(chan bool, 1)
然后在并發(fā)執(zhí)行的地方，每創(chuàng)建一個新的 goroutine，都往 chLimit 里塞個東西。
for i, sleeptime := range input {
chs[i] = make(chan string, 1)
chLimit <- true
go limitFunc(chLimit, chs[i], i, sleeptime, timeout)
}
這里通過 go 關鍵字并發(fā)執(zhí)行的是新構造的函數(shù)。他在執(zhí)行完原來的 Run() 后，會把 chLimit 的緩沖區(qū)里給消費掉一個。
limitFunc := func(chLimit chan bool, ch chan string, task_id, sleeptime, timeout int) {
Run(task_id, sleeptime, timeout, ch)
<-chLimit
}
這樣一來，當創(chuàng)建的 goroutine 數(shù)量到達 chLimit 的緩沖區(qū)上限后。主 goroutine 就掛起阻塞了，直到這些 goroutine 執(zhí)行完畢，消費掉了 chLimit 緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)，程序才會繼續(xù)創(chuàng)建新的 goroutine。我們并發(fā)數(shù)量限制的目的也就達到了。
以下是完整代碼
package main
import (
"fmt"
"time"
)
func Run(task_id, sleeptime, timeout int, ch chan string) {
ch_run := make(chan string)
go run(task_id, sleeptime, ch_run)
select {
case re := <-ch_run:
ch <- re
case <-time.After(time.Duration(timeout) * time.Second):
re := fmt.Sprintf("task id %d , timeout", task_id)
ch <- re
}
}
func run(task_id, sleeptime int, ch chan string) {
time.Sleep(time.Duration(sleeptime) * time.Second)
ch <- fmt.Sprintf("task id %d , sleep %d second", task_id, sleeptime)
return
}
func main() {
input := []int{3, 2, 1}
timeout := 2
chLimit := make(chan bool, 1)
chs := make([]chan string, len(input))
limitFunc := func(chLimit chan bool, ch chan string, task_id, sleeptime, timeout int) {
Run(task_id, sleeptime, timeout, ch)
<-chLimit
}
startTime := time.Now()
fmt.Println("Multirun start")
for i, sleeptime := range input {
chs[i] = make(chan string, 1)
chLimit <- true
go limitFunc(chLimit, chs[i], i, sleeptime, timeout)
}
for _, ch := range chs {
fmt.Println(<-ch)
}
endTime := time.Now()
fmt.Printf("Multissh finished. Process time %s. Number of task is %d", endTime.Sub(startTime), len(input))
}
運行結果
Multirun start
task id 0 , timeout
task id 1 , timeout
task id 2 , sleep 1 second
Multissh finished. Process time 5s. Number of task is 3
Program exited.
chLimit 的緩沖是 1。task 0 和 task 1 耗時 2 秒超時。task 2 耗時 1 秒?？偤臅r 5 秒。并發(fā)限制生效了。
如果我們修改并發(fā)限制為 2
chLimit := make(chan bool, 2)
運行結果
Multirun start
task id 0 , timeout
task id 1 , timeout
task id 2 , sleep 1 second
Multissh finished. Process time 3s. Number of task is 3
Program exited.
task 0 , task 1 并發(fā)執(zhí)行，耗時 2秒。task 2 耗時 1秒?？偤臅r 3 秒。符合預期。
有沒有注意到代碼里有個地方和之前不同。這里，用了一個帶緩沖的 channel
chs[i] = make(chan string, 1)
還記得上面的例子么。如果 channel 不帶緩沖，那么直到他被消費掉之前，這個 goroutine 都會被阻塞掛起。
然而如果這里的并發(fā)限制，也就是 chLimit 生效阻塞了主 goroutine，那么后面消費這些數(shù)據(jù)的代碼并不會執(zhí)行到。。。于是就 deadlock 拉！
for _, ch := range chs {
fmt.Println(<-ch)
}
所以給他一個緩沖就好了。
以上就是本文的全部內容，希望對大家的學習有所幫助，也希望大家多多支持腳本之家。
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