Go 并發(fā)（多線程）

有人把Go比作21世紀(jì)的C語(yǔ)言，第一是因?yàn)镚o語(yǔ)言設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，第二，21世紀(jì)最重要的就是并行程序設(shè)計(jì)，而Go從語(yǔ)言層面就支持了并行。

goroutine

goroutine是Go并行設(shè)計(jì)的核心。goroutine說(shuō)到底其實(shí)就是線程，但是它比線程更小，十幾個(gè)goroutine可能體現(xiàn)在底層就是五六個(gè)線程，Go語(yǔ)言內(nèi)部幫你實(shí)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(huì)根據(jù)相應(yīng)的數(shù)據(jù)伸縮。也正因?yàn)槿绱耍赏瑫r(shí)運(yùn)行成千上萬(wàn)個(gè)并發(fā)任務(wù)。goroutine比thread更易用、更高效、更輕便。

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

go hello(a, b, c)

通過(guò)關(guān)鍵字go就啟動(dòng)了一個(gè)goroutine。我們來(lái)看一個(gè)例子

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(kāi)一個(gè)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(shí)現(xiàn)了并發(fā)編程。 上面的多個(gè)goroutine運(yùn)行在同一個(gè)進(jìn)程里面，共享內(nèi)存數(shù)據(jù)，不過(guò)設(shè)計(jì)上我們要遵循：不要通過(guò)共享來(lái)通信，而要通過(guò)通信來(lái)共享。

runtime.Gosched()表示讓CPU把時(shí)間片讓給別人,下次某個(gè)時(shí)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(shuō)只實(shí)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(shí)使用多個(gè)線程。GOMAXPROCS 設(shè)置了同時(shí)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(huì)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(wèn)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(gè)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(guò)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(gè)channel時(shí)，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：

ci := make(chan int)
cs := make(chan string)
cf := make(chan interface{})

channel通過(guò)操作符<-來(lái)接收和發(fā)送數(shù)據(jù)

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(lái)：

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(jiǎn)單，而不需要顯式的lock。所謂阻塞，也就是如果讀?。╲alue := <-ch）它將會(huì)被阻塞，直到有數(shù)據(jù)接收。其次，任何發(fā)送（ch<-5）將會(huì)被阻塞，直到數(shù)據(jù)被讀出。無(wú)緩沖channel是在多個(gè)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(guò)Go也允許指定channel的緩沖大小，很簡(jiǎn)單，就是channel可以存儲(chǔ)多少元素。ch:= make(chan bool, 4)，創(chuàng)建了可以存儲(chǔ)4個(gè)元素的bool 型channel。在這個(gè)channel 中，前4個(gè)元素可以無(wú)阻塞的寫(xiě)入。當(dāng)寫(xiě)入第5個(gè)元素時(shí)，代碼將會(huì)阻塞，直到其他goroutine從channel 中讀取一些元素，騰出空間。

ch := make(chan type, value)

value == 0 ! 無(wú)緩沖（阻塞）
value > 0 ! 緩沖（非阻塞，直到value 個(gè)元素）

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

package main

import "fmt"

func main() {
    c := make(chan int, 2)//修改2為1就報(bào)錯(cuò)，修改2為3可以正常運(yùn)行
    c <- 1
    c <- 2
    fmt.Println(<-c)
    fmt.Println(<-c)
}
    //修改為1報(bào)如下的錯(cuò)誤:
    //fatal error: all goroutines are asleep - deadlock!

Range和Close

上面這個(gè)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(diǎn)，所以也可以通過(guò)range，像操作slice或者map一樣操作緩存類型的channel，請(qǐng)看下面的例子

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(guò)內(nèi)置函數(shù)close關(guān)閉channel。關(guān)閉channel之后就無(wú)法再發(fā)送任何數(shù)據(jù)了，在消費(fèi)方可以通過(guò)語(yǔ)法v, ok := <-ch測(cè)試channel是否被關(guān)閉。如果ok返回false，那么說(shuō)明channel已經(jīng)沒(méi)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(diǎn)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(shí)沒(méi)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(gè)channel的情況，那么如果存在多個(gè)channel的時(shí)候，我們?cè)撊绾尾僮髂兀珿o里面提供了一個(gè)關(guān)鍵字select，通過(guò)select可以監(jiān)聽(tīng)channel上的數(shù)據(jù)流動(dòng)。

select默認(rèn)是阻塞的，只有當(dāng)監(jiān)聽(tīng)的channel中有發(fā)送或接收可以進(jìn)行時(shí)才會(huì)運(yùn)行，當(dāng)多個(gè)channel都準(zhǔn)備好的時(shí)候，select是隨機(jī)的選擇一個(gè)執(zhí)行的。

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(yǔ)法，select其實(shí)就是類似switch的功能，default就是當(dāng)監(jiān)聽(tīng)的channel都沒(méi)有準(zhǔn)備好的時(shí)候，默認(rèn)執(zhí)行的（select不再阻塞等待channel）。

select {
case i := <-c:
    // use i
default:
    // 當(dāng)c阻塞的時(shí)候執(zhí)行這里
}

超時(shí)

有時(shí)候會(huì)出現(xiàn)goroutine阻塞的情況，那么我們?nèi)绾伪苊庹麄€(gè)程序進(jìn)入阻塞的情況呢？我們可以利用select來(lái)設(shè)置超時(shí)，通過(guò)如下的方式實(shí)現(xiàn)：

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
}

runtime goroutine

runtime包中有幾個(gè)處理goroutine的函數(shù)：

• Goexit

  退出當(dāng)前執(zhí)行的goroutine，但是defer函數(shù)還會(huì)繼續(xù)調(diào)用

• Gosched

  讓出當(dāng)前goroutine的執(zhí)行權(quán)限，調(diào)度器安排其他等待的任務(wù)運(yùn)行，并在下次某個(gè)時(shí)候從該位置恢復(fù)執(zhí)行。

• NumCPU

  返回 CPU 核數(shù)量

• NumGoroutine

  返回正在執(zhí)行和排隊(duì)的任務(wù)總數(shù)

• GOMAXPROCS

  用來(lái)設(shè)置可以并行計(jì)算的CPU核數(shù)的最大值，并返回之前的值。