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Go語言并發(fā)技術(shù)詳解

更新時間：2014年10月29日 09:57:10 投稿：junjie

這篇文章主要介紹了Go語言并發(fā)技術(shù)詳解,本文講解了goroutine、channels、Buffered Channels、Range和Close等內(nèi)容,需要的朋友可以參考下

有人把Go比作21世紀(jì)的C語言，第一是因為Go語言設(shè)計簡單，第二，21世紀(jì)最重要的就是并行程序設(shè)計，而Go從語言層面就支持了并行。

goroutine

goroutine是Go并行設(shè)計的核心。goroutine說到底其實就是線程，但是它比線程更小，十幾個goroutine可能體現(xiàn)在底層就是五六個線程，Go語言內(nèi)部幫你實現(xiàn)了這些goroutine之間的內(nèi)存共享。執(zhí)行g(shù)oroutine只需極少的棧內(nèi)存(大概是4~5KB)，當(dāng)然會根據(jù)相應(yīng)的數(shù)據(jù)伸縮。也正因為如此，可同時運(yùn)行成千上萬個并發(fā)任務(wù)。goroutine比thread更易用、更高效、更輕便。

goroutine是通過Go的runtime管理的一個線程管理器。goroutine通過go關(guān)鍵字實現(xiàn)了，其實就是一個普通的函數(shù)。

復(fù)制代碼代碼如下:

go hello(a, b, c)

通過關(guān)鍵字go就啟動了一個goroutine。我們來看一個例子

復(fù)制代碼代碼如下:

package main

import (
"fmt"
"runtime"
)

func say(s string) {
    for i := 0; i < 5; i++ {
        runtime.Gosched()
        fmt.Println(s)
    }
}

func main() {
go say("world") //開一個新的Goroutines執(zhí)行
say("hello") //當(dāng)前Goroutines執(zhí)行
}

// 以上程序執(zhí)行后將輸出：
// hello
// world
// hello
// world
// hello
// world
// hello
// world
// hello

我們可以看到go關(guān)鍵字很方便的就實現(xiàn)了并發(fā)編程。上面的多個goroutine運(yùn)行在同一個進(jìn)程里面，共享內(nèi)存數(shù)據(jù)，不過設(shè)計上我們要遵循：不要通過共享來通信，而要通過通信來共享。

runtime.Gosched()表示讓CPU把時間片讓給別人,下次某個時候繼續(xù)恢復(fù)執(zhí)行該goroutine。

默認(rèn)情況下，調(diào)度器僅使用單線程，也就是說只實現(xiàn)了并發(fā)。想要發(fā)揮多核處理器的并行，需要在我們的程序中顯式調(diào)用 runtime.GOMAXPROCS(n) 告訴調(diào)度器同時使用多個線程。GOMAXPROCS 設(shè)置了同時運(yùn)行邏輯代碼的系統(tǒng)線程的最大數(shù)量，并返回之前的設(shè)置。如果n < 1，不會改變當(dāng)前設(shè)置。以后Go的新版本中調(diào)度得到改進(jìn)后，這將被移除。這里有一篇Rob介紹的關(guān)于并發(fā)和并行的文章：http://concur.rspace.googlecode.com/hg/talk/concur.html#landing-slide

channels

goroutine運(yùn)行在相同的地址空間，因此訪問共享內(nèi)存必須做好同步。那么goroutine之間如何進(jìn)行數(shù)據(jù)的通信呢，Go提供了一個很好的通信機(jī)制channel。channel可以與Unix shell 中的雙向管道做類比：可以通過它發(fā)送或者接收值。這些值只能是特定的類型：channel類型。定義一個channel時，也需要定義發(fā)送到channel的值的類型。注意，必須使用make 創(chuàng)建channel：

復(fù)制代碼代碼如下:

ci := make(chan int)

cs := make(chan string)

cf := make(chan interface{})

channel通過操作符<-來接收和發(fā)送數(shù)據(jù)

復(fù)制代碼代碼如下:

ch <- v    // 發(fā)送v到channel ch.

v := <-ch  // 從ch中接收數(shù)據(jù)，并賦值給v

我們把這些應(yīng)用到我們的例子中來：

復(fù)制代碼代碼如下:

package main

import "fmt"

func sum(a []int, c chan int) {
    total := 0
    for _, v := range a {
        total += v
    }
    c <- total // send total to c
}

func main() {
a := []int{7, 2, 8, -9, 4, 0}

    c := make(chan int)
    go sum(a[:len(a)/2], c)
    go sum(a[len(a)/2:], c)
    x, y := <-c, <-c // receive from c

fmt.Println(x, y, x + y)
}

默認(rèn)情況下，channel接收和發(fā)送數(shù)據(jù)都是阻塞的，除非另一端已經(jīng)準(zhǔn)備好，這樣就使得Goroutines同步變的更加的簡單，而不需要顯式的lock。所謂阻塞，也就是如果讀取（value := <-ch）它將會被阻塞，直到有數(shù)據(jù)接收。其次，任何發(fā)送（ch<-5）將會被阻塞，直到數(shù)據(jù)被讀出。無緩沖channel是在多個goroutine之間同步很棒的工具。

Buffered Channels

上面我們介紹了默認(rèn)的非緩存類型的channel，不過Go也允許指定channel的緩沖大小，很簡單，就是channel可以存儲多少元素。ch:= make(chan bool, 4)，創(chuàng)建了可以存儲4個元素的bool 型channel。在這個channel 中，前4個元素可以無阻塞的寫入。當(dāng)寫入第5個元素時，代碼將會阻塞，直到其他goroutine從channel 中讀取一些元素，騰出空間。

復(fù)制代碼代碼如下:

ch := make(chan type, value)

value == 0 ! 無緩沖（阻塞）
value > 0 ! 緩沖（非阻塞，直到value 個元素）

我們看一下下面這個例子，你可以在自己本機(jī)測試一下，修改相應(yīng)的value值

復(fù)制代碼代碼如下:

package main

import "fmt"

func main() {
    c := make(chan int, 2)//修改2為1就報錯，修改2為3可以正常運(yùn)行
    c <- 1
    c <- 2
    fmt.Println(<-c)
    fmt.Println(<-c)
}

Range和Close

上面這個例子中，我們需要讀取兩次c，這樣不是很方便，Go考慮到了這一點，所以也可以通過range，像操作slice或者map一樣操作緩存類型的channel，請看下面的例子

復(fù)制代碼代碼如下:

package main

import (
"fmt"
)

func fibonacci(n int, c chan int) {
    x, y := 1, 1
    for i := 0; i < n; i++ {
        c <- x
        x, y = y, x + y
    }
    close(c)
}

func main() {
    c := make(chan int, 10)
    go fibonacci(cap(c), c)
    for i := range c {
        fmt.Println(i)
    }
}

for i := range c能夠不斷的讀取channel里面的數(shù)據(jù)，直到該channel被顯式的關(guān)閉。上面代碼我們看到可以顯式的關(guān)閉channel，生產(chǎn)者通過內(nèi)置函數(shù)close關(guān)閉channel。關(guān)閉channel之后就無法再發(fā)送任何數(shù)據(jù)了，在消費(fèi)方可以通過語法v, ok := <-ch測試channel是否被關(guān)閉。如果ok返回false，那么說明channel已經(jīng)沒有任何數(shù)據(jù)并且已經(jīng)被關(guān)閉。

記住應(yīng)該在生產(chǎn)者的地方關(guān)閉channel，而不是消費(fèi)的地方去關(guān)閉它，這樣容易引起panic

另外記住一點的就是channel不像文件之類的，不需要經(jīng)常去關(guān)閉，只有當(dāng)你確實沒有任何發(fā)送數(shù)據(jù)了，或者你想顯式的結(jié)束range循環(huán)之類的。

Select

我們上面介紹的都是只有一個channel的情況，那么如果存在多個channel的時候，我們該如何操作呢，Go里面提供了一個關(guān)鍵字select，通過select可以監(jiān)聽channel上的數(shù)據(jù)流動。

select默認(rèn)是阻塞的，只有當(dāng)監(jiān)聽的channel中有發(fā)送或接收可以進(jìn)行時才會運(yùn)行，當(dāng)多個channel都準(zhǔn)備好的時候，select是隨機(jī)的選擇一個執(zhí)行的。

復(fù)制代碼代碼如下:

package main

import "fmt"

func fibonacci(c, quit chan int) {
    x, y := 1, 1
    for {
        select {
        case c <- x:
            x, y = y, x + y
        case <-quit:
            fmt.Println("quit")
            return
        }
    }
}

func main() {
    c := make(chan int)
    quit := make(chan int)
    go func() {
        for i := 0; i < 10; i++ {
            fmt.Println(<-c)
        }
        quit <- 0
    }()
    fibonacci(c, quit)
}

在select里面還有default語法，select其實就是類似switch的功能，default就是當(dāng)監(jiān)聽的channel都沒有準(zhǔn)備好的時候，默認(rèn)執(zhí)行的（select不再阻塞等待channel）。

復(fù)制代碼代碼如下:

select {

case i := <-c:

    // use i

default:

    // 當(dāng)c阻塞的時候執(zhí)行這里

}

超時

有時候會出現(xiàn)goroutine阻塞的情況，那么我們?nèi)绾伪苊庹麄€程序進(jìn)入阻塞的情況呢？我們可以利用select來設(shè)置超時，通過如下的方式實現(xiàn)：

復(fù)制代碼代碼如下:

func main() {

    c := make(chan int)

    o := make(chan bool)

    go func() {

        for {

            select {

                case v := <- c:

                    println(v)

                case <- time.After(5 * time.Second):

                    println("timeout")

                    o <- true

                    break

            }

        }

    }()

    <- o

}