一天搞懂Go语言(5)——goroutine和通道

　　并发编程表现为程序由若干个自主的活动单元组成。go有两种并发编程风格，一种是goroutine和通道，它们支持通信顺序进程(CSP)，CSP是一个并发模式，在不同的执行体（goroutine）之间传递值，但是变量本身局限于单一的执行体。还有一种共享内存多线程的传统模型，它们和在其他主流语言中使用线程类似。

goroutine

　　在go里面，每一个并发执行的活动称为goroutine，类似于线程。当一个程序启动时候，只有一个goroutine来调用main函数，称为主goroutine，新的goroutine通过go语句进行创建。

f() //调用f(),等待它返回
go f() //新建一个调用f()的grouting，不用等待

 　　除了从main返回或者退出程序外，没有程序化的方法让一个goroutine来停止另一个，但是有办法和goroutine通信来要求它自己停止。

示例

并发时钟服务器

package main

import(
	"io"
	"log"
	"net"
	"time"
)

func handleConn(c net.Conn)  {
	defer c.Close()
	for{
		_,err := io.WriteString(c,time.Now().Format("15:04:05\n"))
		if err != nil{
			return //例如，连接断开
		}
		time.Sleep(1*time.Second)
	}
}

func main()  {
	listener,err:=net.Listen("tcp","localhost:8080")
	if err!=nil{
		log.Fatal(err)
	}
	for{
		conn,err:=listener.Accept() //阻塞，直到有连接请求进来
		if err!=nil{
			log.Print(err) //连接中止
			continue
		}
		handleConn(conn) //一次处理一个连接
	}
}

　　当运行这段程序，使用nc命令连接本地8080端口时候，客户端会显示每秒从服务器发送的时间。使用killall clock1来终止指定名字的进程。

　　当第二个客户端需要链接进来的时候必须等第一个客户端结束，因为服务器是顺序的，一次只能处理一个客户请求。让服务器支持并发只需要一个很小的改变：在调用handleConn的地方添加一个go关键字，使它在自己的goroutine内执行。

for{
	conn,err:=listener.Accept() //阻塞，直到有连接请求进来
	if err!=nil{
		log.Print(err) //连接中止
		continue
	}
	go handleConn(conn) //并发处理连接
}

 　　现在多个客户端可以同时接收到时间。

通道

　　如果说goroutine是Go程序并发的执行体，通道就是它们之间的连接，每一个通道是一个具体类型的导管，叫做通道的元素类型。

ch := make(chan int) //ch类型是‘chan int’ ，创建一个无缓冲通道
ch := make(chan int,3) //容量为3的缓冲通道

 　　像map一样，通道是一个使用make创建的数据结构的引用。和其他引用类型一样，零值为nil。通道由主要两个操作，发送和接收。

ch <- x //发送语句
x = <-ch //接收语句
<-ch //接收，丢弃结果

//第三个操作close,将设置一个标志位来指示这个通道后面没有值了；
close(ch)

 　　关闭后的发送操作将导致宕机，而接收操作将获取所有已发送的值。

　　使用make创建的通道叫做无缓冲通道，后面还有一个可选参数表示通道的容量，如果为0（默认值），则创建一个无缓冲通道。

 无缓冲通道

　　无缓冲通道，无论是发送操作还是接收操作都会阻塞，直到一方发送完毕或接收完毕。这样会导致两个goroutine同步化，因此无缓冲通道也叫同步通道。通过通道发送消息有一个值，有时候通信本身以及通信发生的时间也很重要，当我们强调这方面的时候，往往把消息称作事件。当事件没有携带额外消息，只是单纯的同步，我们通过使用一个struct{}元素类型通道强调它，尽管通常使用bool或int。

管道

　　多个goroutine通过通道连接起来，一个输出是另一个的输入，就组成了管道。下面是三个goroutine，产生整数、求平方、输出。

package main

import "fmt"

func main()  {
	naturals:=make(chan int)
	squares:=make(chan int)
	
	//counter
	go func() {
		for x:=0; ;x++{
			naturals <- x
		}
	}()
	
	//squares
	go func() {
		for{
			x:=<-naturals
			squares<-x*x
		}
	}()
	
	//printer
	for{
		fmt.Println(<-squares)
	}
}

 　　如果发送方没有数据要发送，我们可以通过close关闭，所有发送操作会宕机，后续接收操作会获取零值。没有一个直接方式来判断通道是否关闭，但是有一个接收操作的变种，他产生两个结果：接收到的通道元素以及一个布尔值：true表示成功接收，false表示通道关闭。

//squares
go func() {
	for{
		x,ok:=<-naturals
		if !ok{
			break //通道关闭
		}
		squares<-x*x
	}
	close(squares)//通道读完关闭
}()

 　　更为方便的是该语言提供了range循环语法以在通道上迭代，接受完最后一个值后关闭循环。

func main()  {
	naturals:=make(chan int)
	squares:=make(chan int)

	//counter
	go func() {
		for x:=0; ;x++{
			naturals <- x
		}
		close(naturals)
	}()

	//squares
	go func() {
		for x:=range naturals{
			squares<-x*x
		}
		close(squares)//通道读完关闭
	}()

	//printer
	for x:=range squares{
		fmt.Println(x)
	}
}

 　　结束时关闭每一个通道不是必须的，因为go语言可以通过垃圾回收器根据它是否可以访问来决定是否回收它，而不是根据它是否关闭。（和文件close操作不一样，关闭文件是必须的）。

单向通道

　　当一个通道用做函数的形参时，它几乎总是被有意地限制不能发送或接收。

chan<-int //只能发送的通道
<-chan int //只能接收的通道

 　　因为close操作仅仅在发送方才能调用，所以试图关闭一个仅能接收的通道在编译时会报错。

 

func counter(out chan<-int)  {
	for x:=0;x<100;x++{
		out<-x
	}
	close(out)
}
//...

func main()  {
	naturals:=make(chan int)
	go counter(naturals)
//...
}

 　　在任何赋值操作中，将双向通道转换为单向通道都是允许的，但反过来不行。

缓冲通道

　　缓冲通道使得发送方可以无阻塞的发送缓冲容量大小的数据，接收方相反。所以当缓冲通道满，发送操作会阻塞，缓冲通道空，接收操作会阻塞。　

ch := make(chan int,3)

cap(ch) //获取通道容量
len(ch) //获取通道元素个数

　　向一个没有goroutine在接收的通道上不断发送会发生goroutine泄漏。

select多路复用

　　select是Go中的一个控制结构，类似于用于通信的switch语句。每个case必须是一个通信操作，要么是发送要么是接收。select随机执行一个可运行的case。如果没有 case 可运行，它将阻塞，直到有 case 可运行。一个默认的子句应该总是可运行。

select {
    case communication clause  :
       statement(s);      
    case communication clause  :
       statement(s); 
    /* 你可以定义任意数量的 case */
    default : /* 可选 */
       statement(s);
}

• 相关语法：
  • 每个case都必须是一个通信
  • 所有channel表达式都会被求值
  • 所有被发送的表达式都会被求值
  • 如果任意某个通信可以进行，它就执行，其他被忽略
  • 如果有多个case都可以运行，select 会随机公平地选出一个执行。其他不会执行
  • 如果没有通道可以执行，则：
    • 如果有default子句，则执行该语句
    • 如果没有default子句，select 将阻塞，直到某个通信可以运行；Go不会重新对channel或值进行求值

取消

　　有时候我们需要让一个goroutine停止它当前的任务，一个goroutine无法直接终止另一个，因为这样会让所有的共享变量状态处于不确定状态。

　　当一个通道关闭且已取完所有发送的值后，接下来的接收操作会立即返回，得到零值。我们可以利用它创建一个广播机制：不在通道上发送值，而是关闭它。