Golang教程第25篇（并发）

最新推荐文章于 2025-04-29 18:00:00 发布

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Go 并发

Go语言通过goroutine和channel提供了轻量级的并发编程模型，极大地简化了并发编程的复杂性，提高了程序的执行效率。
goroutine

goroutine是Go语言中的轻量级线程实现，由Go运行时（runtime）管理。
Go程序会智能地将goroutine中的任务合理地分配给每个CPU。
创建一个goroutine非常简单，只需在函数调用前加上go关键字即可。
Goroutine的启动开销非常小，数万个goroutine几乎不会消耗太多系统资源。
使用go关键字，例如“go myFunction()”，即可启动一个goroutine。

channel

Channel用于goroutine之间的通信，提供了一种安全的方式来传递数据。
使用channel可以避免共享内存的复杂性和潜在的竞争问题。
Channel是进程内的通信方式，通过channel传递对象的过程和调用函数时的参数传递行为比较一致，例如也可以传递指针等。
Channel是类型相关的，一个channel只能传递一种类型的值，这个类型需要在声明channel时指定。

Go并发编程的优势

充分利用硬件资源：通过并发和并行，Go语言可以更好地利用多核处理器，提高程序的性能。
提高程序吞吐量：并发允许程序的不同部分同时执行，可以更充分地利用处理器的等待时间，提高程序的吞吐量。
保持应用程序响应性：在图形用户界面（GUI）应用程序中，通过在后台执行任务，可以保持应用程序的响应性。
简化程序结构：使用并发可以简化程序结构，将复杂任务拆分为更小的子任务，然后并发地执行这些子任务，使代码更容易理解和维护。

Goroutine

1.Goroutine的概念
Goroutine是Go语言特有的并发执行体，它允许在相同的地址空间中并行地执行多个函数或方法。与传统的线程相比，Goroutine的创建和销毁代价要小得多，并且其调度是独立于线程的。这使得在单个系统线程上运行成千上万个Goroutine成为可能。

2.Goroutine的特点

轻量级：Goroutine的内存开销非常小，通常只需要2KB左右，而线程的内存开销则要大得多，通常需要1MB。
非抢占式调度：Goroutine是自愿让出CPU的，通过协作完成任务切换。这意味着调度是用户态的，而不是由操作系统内核直接管理的。
并发与并行：Goroutine提供了并发模型，使得多个任务可以同时进行。即使某个Goroutine被阻塞（例如等待I/O操作），Go语言的调度器也会调度其他可执行的Goroutine运行。
阻塞模型简化开发：Goroutine避免了复杂的回调函数，使得代码结构更加简洁。同时，通过通道（Channel）进行通信和同步，可以进一步简化并发编程的复杂性。

3.Goroutine的创建与启动
要启动一个新的Goroutine，只需在函数调用前加上go关键字。例如：

package main
import (
	"fmt"
)
func sayHello() {
	fmt.Println("Hello, Goroutine!")
}
func main() {
	go sayHello() // 启动一个新的Goroutine来运行sayHello函数
	// 主程序继续执行其他操作...
}

在上面的例子中，sayHello函数被放在一个新的Goroutine中运行。主程序不会等待sayHello函数执行完成，而是会继续执行下去。

4.Goroutine的通信与同步
Goroutine之间通过通道（Channel）进行通信和同步。通道是一种用于在Goroutine之间传递数据的数据结构，它提供了一种安全的方式来实现Goroutine之间的通信。

创建通道：使用make函数可以创建一个通道。例如，ch := make(chan int)创建了一个整型通道。
发送数据：使用<-运算符可以向通道发送数据。例如，ch <- 42将整数42发送到通道ch中。
接收数据：同样使用<-运算符可以从通道接收数据。例如，value := <-ch从通道ch中接收一个整数并将其赋值给变量value。
通道可以是带缓冲的或无缓冲的。带缓冲的通道在满之前可以缓存一定数量的元素，这使得发送和接收操作变得非阻塞。无缓冲的通道在发送和接收数据时，发送方和接收方必须同时准备好，否则它们将阻塞等待。

5.Goroutine的注意事项

主Goroutine与子Goroutine的关系：主Goroutine（即main函数所在的Goroutine）结束时，所有未完成的子Goroutine也会被强制终止。因此，在编写并发程序时，需要确保主Goroutine在所有子Goroutine完成之后再结束。
避免死锁：当多个Goroutine等待彼此时可能出现死锁。为了避免死锁，应小心处理共享资源，并确保每个Goroutine都能在某个时刻继续执行。
合理使用WaitGroup和Channel：sync.WaitGroup和Channel是Go语言中用于管理多个Goroutine同步和通信的重要工具。合理使用它们可以确保程序的正确性和高效性。

6.Goroutine的应用场景
Goroutine非常适合用于以下场景：

I/O并发：处理大量网络请求、文件读写等I/O操作时，可以使用Goroutine来提高程序的响应时间和吞吐量。
后台任务：执行定时任务、日志记录等后台任务时，可以使用Goroutine来确保这些任务不会阻塞主程序的执行。
并行计算：将计算任务分布到多个Goroutine中执行，以提高程序的性能。
总之，Goroutine是Go语言中实现并发编程的强大工具。通过合理使用Goroutine和通道等并发原语，可以编写出高效、简洁的并发程序。

Channel

1.Channel的基本概念

类型：Channel具有类型，这意味着你可以创建一个只能传递特定类型数据的channel。例如，chan
int是一个整型channel，chan string是一个字符串型channel。
方向：虽然channel在声明时并不区分发送（send）和接收（receive）方向，但在实际使用中，你可以将channel视为一个单向的通信管道。这意味着你可以有一个只发送数据的channel，一个只接收数据的channel，或者一个既可以发送又可以接收数据的channel。
容量：Channel可以是有缓冲的（buffered）或无缓冲的（unbuffered）。有缓冲的channel可以存储一定数量的元素，在达到容量上限之前，发送操作不会阻塞。无缓冲的channel没有存储空间，因此发送操作会立即阻塞，直到另一方准备好接收数据。

2.Channel的创建
使用make函数可以创建一个新的channel。例如：

ch := make(chan int) // 创建一个无缓冲的整型channel
bufferedCh := make(chan int, 10) // 创建一个容量为10的有缓冲整型channel

3.Channel的使用

发送数据：使用<-运算符可以将数据发送到channel中。例如，ch <- 42表示将整数42发送到channel ch中。
接收数据：同样使用<-运算符可以从channel中接收数据。例如，value := <-ch表示从channel
ch中接收一个数据并将其赋值给变量value。
关闭Channel：使用close函数可以关闭一个channel。关闭后的channel不能再发送数据，但仍然可以接收数据（直到channel为空）。接收方可以通过检测语法v,
ok := <-ch来判断channel是否已关闭，其中ok为false表示channel已关闭。

4.Channel的特性

阻塞：无缓冲的channel在发送和接收时会阻塞。发送操作会阻塞直到另一方准备好接收数据，接收操作会阻塞直到有数据可以接收。有缓冲的channel在达到容量上限时会阻塞发送操作，在缓冲区为空时会阻塞接收操作。
同步：Channel提供了一种同步机制，使得Goroutine之间可以按照特定的顺序进行通信和协作。
选择（Select）语句：Go语言中的select语句允许一个Goroutine等待多个channel操作。这使得Goroutine可以根据哪个channel准备好进行通信来做出决策。

5.Channel的应用场景

生产者-消费者模式：Channel非常适合用于实现生产者-消费者模式。生产者Goroutine将数据发送到channel中，消费者Goroutine从channel中接收数据并处理。
广播和通知：Channel可以用于在Goroutine之间广播事件或发送通知。例如，一个Goroutine可以在完成某个任务后通过channel通知其他Goroutine。
并行计算：在并行计算中，可以将任务分割成多个子任务，每个子任务由一个Goroutine执行，并通过channel传递中间结果和最终结果。

总之，Go语言中的channel是一种强大的并发编程工具，它提供了简单而有效的机制来实现Goroutine之间的通信和同步。通过合理使用channel，可以编写出高效、健壮的并发程序。

实例

在Go语言中，并发编程是非常强大的特性，主要通过Goroutine和Channel来实现。下面是一个简单的示例，演示了如何使用Goroutine和Channel进行并发编程。
这个示例将创建一个简单的生产者-消费者模型，其中生产者将整数发送到Channel，而消费者将从Channel中接收这些整数并打印出来。

package main
import (
	"fmt"
	"sync"
	"time"
)
 
// 生产者函数，发送整数到Channel
func producer(ch chan<- int, wg *sync.WaitGroup, id int) {
	defer wg.Done()
	for i := 0; i < 5; i++ {
		fmt.Printf("Producer %d produced: %d\n", id, i)
		ch <- i
		time.Sleep(time.Millisecond * 500) // 模拟生产时间
	}
	close(ch) // 生产完成后关闭Channel
}
 
// 消费者函数，从Channel接收整数并打印
func consumer(ch <-chan int, wg *sync.WaitGroup, id int) {
	defer wg.Done()
	for num := range ch {
		fmt.Printf("Consumer %d consumed: %d\n", id, num)
		time.Sleep(time.Millisecond * 750) // 模拟消费时间
	}
}
 
func main() {
	var wg sync.WaitGroup
 
	// 创建一个无缓冲的Channel
	ch := make(chan int)
 
	// 启动两个生产者
	for i := 1; i <= 2; i++ {
		wg.Add(1)
		go producer(ch, &wg, i)
	}
 
	// 启动两个消费者
	for i := 1; i <= 2; i++ {
		wg.Add(1)
		go consumer(ch, &wg, i)
	}
 
	// 等待所有Goroutine完成
	wg.Wait()
	fmt.Println("All tasks are done.")
}