Go语言goroutine、channel【重点】

Go语言goroutine、channel

进程、线程：

①进程就是程序程序在操作系统中的一次执行过程，是系统进行资源分配和调度的基本单位。

②线程是进程的一个执行实例，是程序执行的最小单元，它是比进程更小的能独立运行的基本单位。

③一个进程可以创建和销毁多个线程，同一个进程中的多个线程可以并发执行。

④一个程序至少有一个进程，一个进程至少有一个线程。

 

并发：多线程程序在单核上运行

因为是在一个cpu上，比如有10个线程，每个线程执行10毫秒(进行轮询操作)，从人的角度看，好像这10个线程都在运行，但是从微观上看，在某一个时间点看，其实只有一个线程在执行。

 

并行：多线程程序在多核上运行

因为是在多个cpu上(比如有10个cpu)，比如有10个线程，每个线程执行10毫秒(各自在不同cpu上执行)，从人的角度看，这10个线程都在运行，但是从微观上看，在某一个时间点看，也同时有10个线程在执行。

Go协程goroutine、Go主线程：

Go主线程（有程序员直接称为线程 / 也可以理解成进程）：一个Go线程上，可以起多个协程goroutine，可以这样理解，协程是轻量级的线程【编译器做优化】。

Go协程goroutine的特点：

①有独立的栈空间

②共享程序堆空间

③调度由用户控制

④协程是轻量级的线程

Go协程goroutine的案例：

1.在主线程(可以理解成进程)中，开启一个goroutine，该协程每隔1秒输出"hello,world"。

2.在主线程中也每隔一秒输出"hello.golang"，输出10次后，退出程序。

3.要求主线程和goroutine同时执行。

①如果主线程退出了，协程没执行完毕也会退出。

②主线程是一个物理线程，直接作用在cpu上的。是重量级的，非常耗费cpu资源。

③协程从主线程开启的，是轻量级的线程，是逻辑态。对资源消耗相对小。

④Golang的协程机制是重要的特点，可以轻松的开启上万个协程。其它编程语言的并发机制是一般基于线程的，开启过多的线程，资源耗费大，这里就突显Golang 在并发上的优势了。

 

Go协程goroutine的调度模型：

MPG：

M：操作系统的主线程（是物理线程）

P：协程执行需要的上下文

G：协程

MPG模式运行的状态1：

当前程序有三个M，如果都在一个cpu运行，就是并发，如果在不同的cpu运行，就是并行。

 

MPG模式运行的状态2：

分成两个部分来看；

M0主线程正在执行G0协程，另外有三个协程在队列等待。

如果G0协程阻塞，这时就会创建M1主线程（也可能是从已有的线程池中取出M1），并且将等待的3个协程挂到M1下开始执行，M0的主线程下的G0仍然执行。

这样的MPG调度模式，可以既让G0执行，同时也不会让队列的其它协程一直阻塞，仍然可以并发/并行执行。

等到G0不阻塞了，M0会被放到空闲的主线程继续执行（从已有的线程池中取），同时G0又会被唤醒。

 

设置Golang运行的cpu数：

为了充分利用多cpu的优势，在Golang程序中，设置运行的cpu数目。

go1.8后，默认让程序运行在多个核上,可以不用设置了。

go1.8前，还是要设置一下，可以更高效的利益cpu。

 

channel(管道)-看个需求

需求：

现在要计算 1-200 的各个数的阶乘，并且把各个数的阶乘放入到map中。

最后显示出来。要求使用goroutine完成

思路：

1. 编写一个函数，来计算各个数的阶乘，并放入到 map中。

2. 我们启动的协程多个，统计的将结果放入到 map中。

3. map 应该做出一个全局的。

4.因为没有对全局变量m加锁，因此会出现资源争夺问题，代码会出现错误，提示 concurrent map writes。解决方案：加入互斥锁。

 

不同goroutine之间如何通讯

①全局变量的互斥锁

②使用管道channel来解决

 

为什么需要channel

①前面使用全局变量加锁同步来解决goroutine的通讯，但不完美

②主线程在等待所有 goroutine全部完成的时间很难确定，这里设置10秒，仅仅是估算。

③如果主线程休眠时间长了，会加长等待时间，如果等待时间短了，可能还有 goroutine 处于工作状态，这时也会随主线程的退出而销毁

④通过全局变量加锁同步来实现通讯，也并不利于多个协程对全局变量的读写操作。

⑤上面种种分析都在呼唤一个新的通讯机制-channe1

 

channel的基本介绍

Go语言中的通道（channel）是一种特殊的类型。

在任何时候，同时只能有一个goroutine访问通道进行发送和获取数据。

①channel本身是一个队列，先进先出

②线程安全，多goroutine访问时，不需要加锁

③本身是有类型的，string，int等，如果要存多种类型，则定义成interface类型

④channel是引用类型，必须make后才能使用，一旦make，容量就确定了，不会增加！！

 

特点：

①一旦初始化容量，就不会改变了。

②当写满时，不可以写，取空时，不可以取，否则报dead lock。

③发送将持续阻塞直到数据被接收。

Go程序运行时能智能地发现一些永远无法发送成功的语句并做出提示。

④接收将持续阻塞直到发送方发送数据。

如果接收方接收时，通道中没有发送方发送数据，接收方也会发生阻塞，直到发送方发送数据为止。

⑤通道一次只能接收一个数据元素。

 

定义/声明channel：var变量名chan数据类型

举例：

Var intChan chan int (intChan用于存放int数据)

Var mapChan chan map[int]string (mapChan用于存放map[int]string类型)

Var perChan chan Person

Var perChan2 chan *Person

说明：

channel是引用类型；

channel必须初始化才能写入数据，即make后才能使用管道是有类型的。

 

管道的初始化，写入数据到管道，从管道读取数据

fmt.Printf("intChan的值=%v  intChan本身的地址=%p\n",  intChan,  &intChan)：

channel和指针一样，存放在一个内存单元中，有它的地址，它的值是一个int类型的地址。

 

读写channel案例演示：

①创建一个intChan，最多可以存放3个int，存数据到intChan，然后再取出这三个int。

②创建一个mapChan，最多可以存放10个map[string]string的key-val，演示写入和读取。

③创建一个catChan，最多可以存放10个cat结构体变量，演示写入和读取。

 ④创建一个catChan2，最多可以存放10个*Cat变量，演示写入和读取

 ⑤创建一个allChan，最多可以存放10个任意数据类型变量，演示写入和读取

 ⑥注意空接口类型的 channel：

定义interface类型的空接口，可以接收任意类型的数据，但是在取出来的时候，必须断言！a := newCat.(Cat)

 

channel的关闭：close( )

关闭之后，不能再写入，只能读。只能由发送者执行这句代码。

 

channel 的遍历：for--range遍历，不用for循环

①在遍历时，如果channel没有关闭，则会出现deadlock的错误

②在遍历时，如果channel已经关闭，则会正常遍历数据，遍历完后，就会退出遍历。

应用

实例1：请完成goroutine和channel协同工作的案例，具体要求:

①开启一个writeData协程，向管道intChan中写入50个整数；

②开启一个readData协程，从管道intChan中读取writeData写入的数据；

③注意: writeData和readDate操作的是同一个管道；

④主线程需要等待writeData和readDate协程都完成工作才能退出管道。

方法：

①开两个管道；

②当writeData协程完成后，close数据管道，readData协程对数据管道intChan的数据读完之后，就向退出管道exitChan写入一个 true，close掉；

③主线程循环检测退出管道里是否有数据，如果有，说明readData协程完成，主程序就可以退出了。

实例2：要求统计1-200000的数字中，哪些是素数？

分析思路：使用并发/并行的方式，将统计素数的任务分配给多个（4个）goroutine去完成。

定义三个管道：

intChan ：放80000个数

primeChan：放素数

exitChan ：4个协程运行完毕的标志

 

 

 channel使用细节和注意事项

①channel可以声明为只读 / 只写性质

②使用 select可以解决从管道取数据的阻塞问题（不知道何时关闭管道时）

③goroutine中使用recover，解决“协程中出现panic，导致程序崩溃”的问题。

 

 通道的数据接收， 4种写法。

①阻塞接收数据

将接收变量作为<-操作符的左值，格式：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

语句不会发生阻塞，格式：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接收任意数据，忽略接收的数据

阻塞接收数据后，忽略从通道返回的数据，格式：<-ch

执行该语句时将会发生阻塞，直到接收到数据，但接收到的数据会被忽略。

这个方式实际上只是通过通道在 goroutine 间阻塞收发实现并发同步。

 

使用通道做并发同步的写法，可以参考下面的例子：

④循环接收

通道的数据接收可以借用for range语句进行多个元素的接收操作，格式：

for data := range ch {

}

通道ch是可以进行遍历的，遍历的结果就是接收到的数据。数据类型就是通道的数据类型。通过for遍历获得的变量只有一个，即上面例子中的data。