Go 语言进阶——并发编程| 青训营笔记
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这是我参与「第五届青训营」伴学笔记创作活动的第 4 天
前言
本文从并发编程的视角来了解Go高性能的本质、为何Go的运行可以如此之快,主要涉及到知识点:并发、并行、协程、CSP模型
、Channel
、Mutex
、WaitGroup
等。
并发编程
并发VS并行
并发
是指多个线程在同一个CPU
上运行,主要是通过时间片的切换看起来像多个程序在同时运行,只不过CPU时间片的切换十分迅速,我们感知不到。
并行
是指多个线程在多个CPU
上运行,多个线程在同一时间同时运行而不是时间片的切换。
Go
可以充分发挥多核CPU的优势,高效运行。
协程
在Go
实现高并发的机制里,还有一个重要的概念——协程Goroutine
,协程也叫做轻量级线程
。
线程
在创建时需要消耗一定的系统资源,线程属于内核态,线程的创建、切换、停止都属于比较重量级的系统操作,占用系统栈资源属于MB
级别。
协程
是属于用户态的,属于轻量级线程,协程的创建、切换、销毁都是由Go
语言本身完成,比线程消耗的资源少的多,占用系统栈资源属于KB
级别。
一个线程里可以同时执行多个协程,Go
可以同时创建上万级别的协程,也是Go
支持高并发原因之一。
代码示例
Go
创建协程十分简单,只需要在调用的函数前加一个go
关键字即可。
```go import ( "fmt" "time" )
func hello(i int) { println("hello world : " + fmt.Sprint(i)) }
func main() { for i := 0; i < 5; i++ { // 开启协程 go hello(i) } // 等协程执行结束后,主线程再结束 time.Sleep(time.Second) } ```
CSP模型
CSP
(Communicating Sequential Process)通信顺序进程、交谈循序程序,也被译为交换消息的循序程序,它是一种用来描述并发行系统之间进行交互的模型。
CSP
最大的优点就是灵活,但也很容易出现死锁。
Go
提倡通过通信共享内容而不是通过共享内存而实现通信。
通道
通过通信共享内存涉及到另一个概念——通道Channel
。
Go
可以使用Channel
控制子协程,在创建协程时需要创建同样数量的Channel
。
每个通道只允许交换指定类型的数据,在Go
中使用chan
关键字来声明一个通道,使用 close
函数来关闭通道。
通过操作符<-
来指定通道的方向,实现发送或接收。
通道的创建
make(chan 元素类型, [缓冲大小])
通道分类: 1. 无缓冲通道 make(chan int) 2. 有缓冲通道 make(chan int, 2)
无缓冲通道也被称为同步通道。
有缓冲通道也是一个生产-消费模型。
代码示例
下面通过一个代码示例,看一下通道的具体使用,示例通过协程和通道完成输出一个数的平方功能。
代码功能逻辑如下:
- A子协程发送0 ~ 9数字
- B子协程计算输入数字的平方
- 主协程输出最后的平方数
go
func main() {
src := make(chan int)
dest := make(chan int, 3)
// A子协程
go func() {
defer close(src)
for i := 0; i < 10; i++ {
// 将数字发送到channel
src <- i
}
}()
// B子协程
go func() {
defer close(dest)
for i := range src {
// 将计算好的数字发送到channel
dest <- i * i
}
}()
for i := range dest {
println(i)
}
}
并发安全Lock
Go
也有类似Java
的锁机制,这种机制是通过共享内存来实现通讯的。
Mutex
Go
加锁可以使用Mutex
来实现,通过加锁可以实现多个协程在同一时间只有获取到锁的协程来运行,其他协程只能等待锁的释放,Mutex
是一种互斥锁。
下面通过一个例子来看下多个协程对一个数字的相加,通过加锁与不加锁来看下两者的区别。
go
var (
x int64
lock sync.Mutex
)
func addWithLock() {
for i := 0; i < 2000; i++ {
lock.Lock()
x++
lock.Unlock()
}
}
func addWithoutLock() {
for i := 0; i < 2000; i++ {
x++
}
}
func main() {
x = 0
for i := 0; i < 5; i++ {
go addWithoutLock()
}
time.Sleep(time.Second)
println("withoutLock:", x)
x = 0
for i := 0; i < 5; i++ {
go addWithLock()
}
time.Sleep(time.Second)
println("withLock:", x)
}
运行代码输出结果为:
withoutLock: 8113
withLock: 10000
其中withoutLock
的结果每次运行结果可能不同,可以看出在不加锁的情况下,得出的结果是不满足预期结果的,也就是出现了内存不安全的资源竞争。
WaitGroup
Go
中的 WaitGroup
是一个计数信号量,WaitGroup
和 Java
中的 CyclicBarrier
、CountDownLatch
非常类似,可以用来记录并维护运行的 goroutine
。如果 WaitGroup
的值大于 0
,Wait
方法就会阻塞,常用来实现并发编程时的同步操作。
WaitGroup
有3
个方法,Add
、Done
、Wait
。
使用方法:当开启协程时调用Add
方法增加一个计数,完成时调用Done
方法减去一个计数,Wait
会一直阻塞直到WaitGroup
的值为 0
。
下面使用WaitGroup
来实现一个等待所有协程执行完的例子:
go
func main() {
var wg sync.WaitGroup
// 开启5个计数
wg.Add(5)
for i := 0; i < 5; i++ {
go func(j int) {
// 执行完时调用Donw
defer wg.Done()
hello(j)
}(i)
}
// 等待所有协程执行完
wg.Wait()
}
总结
本文主要涉及到知识点:并发、并行、协程、CSP模型
、Channel
、Mutex
、WaitGroup
等。