Golang系列（三）之并发编程

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（一）并发基础

1.概念

并发意味着程序在运行时有多个执行上下文，对应多个调用栈。

并发与并行的区别：

并发的主流实现模型：

实现模型	说明	特点
多进程	操作系统层面的并发模式	处理简单，互不影响，但开销大
多线程	系统层面的并发模式	有效，开销较大，高并发时影响效率
基于回调的非阻塞/异步IO	多用于高并发服务器开发中	编程复杂，开销小
协程	用户态线程，不需要操作系统抢占调度，寄存于线程中	编程简单，结构简单，开销极小，但需要语言的支持

共享内存系统：线程之间采用共享内存的方式通信，通过加锁来避免死锁或资源竞争。

消息传递系统：将线程间共享状态封装在消息中，通过发送消息来共享内存，而非通过共享内存来通信。

2.协程

执行体是个抽象的概念，在操作系统中分为三个级别：进程（process），进程内的线程（thread），进程内的协程（coroutine，轻量级线程）。协程的数量级可达到上百万个，进程和线程的数量级最多不超过一万个。Go语言中的协程叫goroutine，Go标准库提供的调用操作，IO操作都会出让CPU给其他goroutine，让协程间的切换管理不依赖系统的线程和进程，不依赖CPU的核心数量。

3.并发通信

并发编程的难度在于协调，协调需要通过通信，并发通信模型分为共享数据和消息。共享数据即多个并发单元保持对同一个数据的引用，数据可以是内存数据块，磁盘文件，网络数据等。数据共享通过加锁的方式来避免死锁和资源竞争。Go语言则采取消息机制来通信，每个并发单元是独立的个体，有独立的变量，不同并发单元间这些变量不共享，每个并发单元的输入输出只通过消息的方式。

（二）goroutine

 

//定义调用体

func Add(x,y int){

z:=x+y

fmt.Println(z)

}

//go关键字执行调用，即会产生一个goroutine并发执行

//当函数返回时，goroutine自动结束，如果有返回值,返回值会自动被丢弃

go Add(1,1)

//并发执行

func main(){

for i:=0;i<10;i++{//主函数启动了10个goroutine，然后返回，程序退出，并不会等待其他goroutine结束

go Add(i,i) //所以需要通过channel通信来保证其他goroutine可以顺利执行

}

}

（三）channel

channel就像管道的形式，是goroutine之间的通信方式，是进程内的通信方式，跨进程通信建议用分布式系统的方法来解决，例如Socket或http等通信协议。channel是类型相关，即一个channel只能传递一种类型的值，在声明时指定。

1、基本语法

//1、channel声明，声明一个管道chanName，该管道可以传递的类型是ElementType

//管道是一种复合类型，[chan ElementType],表示可以传递ElementType类型的管道[类似定语从句的修饰方法]

var chanName chan ElementType

var ch chan int //声明一个可以传递int类型的管道

var m map[string] chan bool //声明一个map，值的类型为可以传递bool类型的管道

 

//2、初始化

ch:=make(chan int) //make一般用来声明一个复合类型，参数为复合类型的属性

 

//3、管道写入,把值想象成一个球，"<-"的方向，表示球的流向，ch即为管道

//写入时，当管道已满（管道有缓冲长度）则会导致程序堵塞，直到有goroutine从中读取出值

ch <- value

//管道读取，"<-"表示从管道把球倒出来赋值给一个变量

//当管道为空，读取数据会导致程序阻塞，直到有goroutine写入值

value:= <-ch

 

//4、每个case必须是一个IO操作，面向channel的操作，只执行其中的一个case操作，一旦满足则结束select过程

//面向channel的操作无非三种情况：成功读出；成功写入；即没有读出也没有写入

select{

case <-chan1:

//如果chan1读到数据，则进行该case处理语句

case chan2<-1:

//如果成功向chan2写入数据，则进入该case处理语句

default:

//如果上面都没有成功，则进入default处理流程

}

2、缓冲和超时机制

//1、缓冲机制：为管道指定空间长度，达到类似消息队列的效果

c:=make(chan int,1024) //第二个参数为缓冲区大小，与切片的空间大小类似

//通过range关键字来实现依次读取管道的数据，与数组或切片的range使用方法类似

for i :=range c{

fmt.Println("Received:",i)

}

 

//2、超时机制：利用select只要一个case满足，程序就继续执行而不考虑其他case的情况的特性实现超时机制

timeout:=make(chan bool,1) //设置一个超时管道

go func(){

time.Sleep(1e9) //设置超时时间，等待一秒钟

timeout<-true //一分钟后往管道放一个true的值

}()

//

select {

case <-ch: //如果读到数据，则会结束select过程

//从ch中读取数据

case <-timeout: //如果前面的case没有调用到，必定会读到true值，结束select，避免永久等待

//一直没有从ch中读取到数据，但从timeout中读取到了数据

}

3、channel的传递

//1、channel的传递，来实现Linux系统中管道的功能，以插件的方式增加数据处理的流程

type PipeData struct{

value int

handler func(int) int //handler是属性？

next chan int //可以把[chan int]看成一个整体，表示放int类型的管道

}

func handler(queue chan *PipeData){ //queue是一个存放*PipeDate类型的管道，可改变管道里的数据块内容

for data:=range queue{ //data的类型就是管道存放定义的类型，即PipeData

data.next <- data.handler(data.value) //该方法实现将PipeData的value值存放到next的管道中

}

}

//2、单向channel：只能用于接收或发送数据，是对channel的一种使用限制

//单向channel的声明

var ch1 chan int //正常channel，可读写

var ch2 chan<- int //单向只写channel [chan<- int]看成一个整体，表示流入管道

var ch3 <-chan int //单向只读channel [<-chan int]看成一个整体，表示流出管道

//管道类型强制转换

ch4:=make(chan int) //ch4为双向管道

ch5:=<-chan int(ch4) //把[<-chan int]看成单向只读管道类型，对ch4进行强制类型转换

ch6:=chan<- int(ch4) //把[chan<- int]看成单向只写管道类型，对ch4进行强制类型转换

func Parse(ch <-chan int){ //最小权限原则

for value:=range ch{

fmt.Println("Parsing value",value)

}

}

 

//3、关闭channel，使用内置函数close()函数即可

close(ch)

//判断channel是否关闭

x,ok:=<-ch //ok==false表示channel已经关闭

if !ok { //如果channel关闭，ok==false，!ok==true

//执行体

}

（四）多核并行化与同步

//多核并行化

runtime.GOMAXPROCS(16) //设置环境变量GOMAXPROCS的值来控制使用多少个CPU核心

runtime.NumCPU() //来获取核心数

//出让时间片

runtime.Gosched() //在每个goroutine中控制何时出让时间片给其他goroutine

//同步

//同步锁

sync.Mutex //单读单写：占用Mutex后，其他goroutine只能等到其释放该Mutex

sync.RWMutex //单写多读：会阻止写，不会阻止读

RLock() //读锁

Lock() //写锁

RUnlock() //解锁（读锁）

Unlock() //解锁（写锁）

//全局唯一性操作

//once的Do方法保证全局只调用指定函数(setup)一次，其他goroutine在调用到此函数是会阻塞，直到once调用结束才继续

once.Do(setup)

 

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