我就废话不多说了,大家还是直接看代码吧~

补充:Go语言并发协程Goroutine和通道channel

Go语言并发协程Goroutine

1.1 Go语言竞争状态

有并发,就有资源竞争,如果两个或者多个 goroutine 在没有相互同步的情况下,访问某个共享的资源,比如同时对该资源进行读写时,就会处于相互竞争的状态,这就是并发中的资源竞争。

并发本身并不复杂,但是因为有了资源竞争的问题,就使得我们开发出好的并发程序变得复杂起来,因为会引起很多莫名其妙的问题。

以下代码就会出现竞争状态:

count 变量没有任何同步保护,所以两个 goroutine 都会对其进行读写,会导致对已经计算好的结果被覆盖,以至于产生错误结果。

代码中的 runtime.Gosched() 是让当前 goroutine 暂停的意思,退回执行队列runq,让其他等待的 goroutine 运行,目的是为了使资源竞争的结果更明显,下次运行暂停的goroutine时从断点处开始。

分析程序运行过程:

g1 读取到 count 的值为 0;

然后 g1 暂停了,切换到 g2 运行,g2 读取到 count 的值也为 0;

g2 暂停,切换到 g1暂停的位置继续运行,g1 对 count+1,count 的值变为 1;

g1 暂停,切换到 g2,g2 刚刚已经获取到值 0,对其 +1,最后赋值给 count,其结果还是 1;

可以看出 g1 对 count+1 的结果被 g2 给覆盖了,两个 goroutine 都 +1 而结果还是 1。

通过上面的分析可以看出,之所以出现上面的问题,是因为两个 goroutine 相互覆盖结果。

所以我们对于同一个资源的读写必须是原子化的,也就是说,同一时间只能允许有一个 goroutine 对共享资源进行读写操作。 此例子的共享资源就是count

通过go build -race生成一个可以执行文件,然后再运行这个可执行文件,就可以检测资源竞争信息,看到打印出的检测信息。如下

1.2 锁住共享资源

Go语言提供了传统的同步 goroutine 的机制,就是对共享资源加锁。atomic 和 sync 包里的一些函数就可以对共享的资源进行加锁操作。

1.2.1 原子函数

原子函数能够以很底层的加锁机制来同步访问整型变量和指针

上述代码中使用了 atmoic 包的 AddInt64 函数,这个函数会同步整型值的加法,方法是强制同一时刻只能有一个 gorountie 运行并完成这个加法操作。

另外两个有用的原子函数是 LoadInt64 和 StoreInt64。这两个函数提供了一种安全地读和写一个整型值的方式。下面的代码就使用了 LoadInt64 和 StoreInt64 函数来创建一个同步标志,这个标志可以向程序里多个 goroutine 通知某个特殊状态。

上面代码中 main 函数使用 StoreInt64 函数来安全地修改 shutdown 变量的值。如果哪个 doWork goroutine 试图在 main 函数调用 StoreInt64 的同时调用 LoadInt64 函数,那么原子函数会将这些调用互相同步,保证这些操作都是安全的,不会进入竞争状态。

1.2.2 锁

见上篇文章,上面的例子为保持同步,取消竞争,可照以下操作:

1.3 通道chan

统统将通道两端的goroutine理解为生产者-消费者模式。

通道的数据接收一共有以下 4 种写法。

阻塞接收数据

阻塞模式接收数据时,将接收变量作为<-操作符的左值,格式如下:

data := <-ch

执行该语句时将会阻塞,直到接收到数据并赋值给 data 变量。

2) 非阻塞接收数据

使用非阻塞方式从通道接收数据时,语句不会发生阻塞,格式如下:

data, ok := <-ch

data:表示接收到的数据。未接收到数据时,data 为通道类型的零值。

ok:表示是否接收到数据。

非阻塞的通道接收方法可能造成高的 CPU 占用,因此使用非常少。如果需要实现接收超时检测,可以配合 select 和计时器 channel 进行

3) 循环接收数据

1.3.1 单向通道

1.3.2 优雅的关闭通道

1.3.3 无缓冲的通道

如果两个 goroutine 没有同时准备好,通道会导致先执行发送或接收操作的 goroutine 阻塞等待。(阻塞指的是由于某种原因数据没有到达,当前协程(线程)持续处于等待状态,直到条件满足才解除阻塞)这种对通道进行发送和接收的交互行为本身就是同步的。其中任意一个操作都无法离开另一个操作单独存在。

在网球比赛中,两位选手会把球在两个人之间来回传递。选手总是处在以下两种状态之一,要么在等待接球,要么将球打向对方。可以使用两个 goroutine 来模拟网球比赛,并使用无缓冲的通道来模拟球的来回

1.3.4 有缓冲的通道

有缓冲的通道是一种在被接收前能存储一个或者多个值的通道。这种类型的通道并不强制要求 goroutine 之间必须同时完成发送和接收,发送和接受的阻塞条件为只有在通道中没有要接收的值时,接收动作才会阻塞。只有在通道没有可用缓冲区容纳被发送的值时,发送动作才会阻塞。

有缓冲的通道和无缓冲的通道之间的一个很大的不同:无缓冲的通道保证进行发送和接收的 goroutine 会在同一时间进行数据交换;有缓冲的通道没有这种保证。

为什么要给通道限制缓冲区大小?

通道(channel)是在两个 goroutine 间通信的桥梁。使用 goroutine 的代码必然有一方提供数据,一方消费数据。当提供数据一方的数据供给速度大于消费方的数据处理速度时,如果通道不限制长度,那么内存将不断膨胀直到应用崩溃。因此,限制通道的长度有利于约束数据提供方的供给速度,供给数据量必须在消费方处理量+通道长度的范围内,才能正常地处理数据。

1.3.5 channel超时机制

select 机制不是专门为超时而设计的,却能很方便的解决超时问题,因为 select 的特点是只要其中有一个 case 已经完成,程序就会继续往下执行,而不会考虑其他 case 的情况。

基本语句为:

每个 case 语句里必须是一个 IO 操作,

例子,注意之所以输出5个num,是因为select里的time.After在这里的意思是ch通道无值可以接收的时候的3s后才print超时,即最多ch通道最多阻塞等待3s

以上为个人经验,希望能给大家一个参考,也希望大家多多支持脚本之家。如有错误或未考虑完全的地方,望不吝赐教。