Go并发编程精要-优快云博客

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并发是 golang 的优势之一，使用关键字 go 可以很方便的开启一个协程. go 语言中，常常用 go、chan、select 及 sync 库完成并发操作，处理同步、异步、阻塞、非阻塞任务.

1. 概要

go 语言的并发编程，以下是需要了解的基础知识点，也是本文主要介绍的内容. 可以对照看看这些是否已经可以熟练运用了.

阻塞: 阻塞是进程(也可以是线程、协程)的状态之一（新建、就绪、运行、阻塞、终止). 指的是当数据未准备就绪，这个进程(线程、协程)一直等待，这就是阻塞.
非阻塞: 当数据为准备就绪，该进程(线程、协程)不等待可以继续执行，这就是非阻塞.
同步: 在发起一个调用时，在没有得到结果之前，这个调用就不返回，这个调用过程一直在等待. 这是同步.
异步: 在发起调用后，就立刻返回了，这次调用过程就结束了. 等到有结果了被调用方主动通知调用者结果. 这是异步.
go(协程): 通过关键字 go 即可创建一个协程.
chan : golang 中用于并发的通道，用于协程的通信.

有缓冲通道
无缓冲通道
单向通道

select: golang 提供的多路复用机制.
close(): golang 的内置函数, 可以关闭一个通道.
sync: golang 标准库之一，提供了锁.
定时器: golang 标准库 time 提供的重要功能, 提供了定时器功能，可用于超时处理.

Timer
Ticker

2. go 并发编程

go 的并发编程采用的 CSP (Communicating Sequential Process) 模型，主要基于协程 goroutine 和通道 channel .

2.1 协程 go

在 go 语言中，并发编程使用关键字 go 即可快速启动一个并发运行的 goroutine. 如下:

go 函数名 (参数列表) 
go f(a int, b int, c int){
   fmt.Println(a+b+c) 
}(1,2,3)

2.2 channel 通道

golang 提供了通道类型 chan，用于在并发操作时的通信，它本身就是并发安全的. 通过 chan 可以创建无缓冲、缓冲通道，满足不同需求. 写法如下:

make(chan int)
make(chan int, 10)
<- chan
chan <-

无缓冲通道: 要求接受和发送数据的 goroutine 同时准备好，否则将会阻塞.

有缓冲通道: 给予通道一个容量值，只要有值便可以接受数据，有空间便可以发送数据，可以不阻塞的完成.

单向通道: 默认情况通道是双向的，可以接受及发送数据. 也可以创建单向通道，只能收或者发数据. 如下是单向接受通道

var ch chan
  <- float64

2.3 select

select: 可以监听 channel 上的输入/输出操作, 类似于 select、epoll、poll 使得通道支持多路复用. select 是专门通道 channel 设计的. 它可以结合通道实现超时处理、判断缓冲通道是否阻塞、退出信号量处理，如下:

// 1. 超时机制
select {
  case <-ch:
  case <-timeout:
  fmt.Println("timeout 01")}// 2. 退出信号量处理
  select {
      case <- quitChan:
      	return
  default:
}// 3. 判断缓冲通道是否已满
ch := make(chan int, 5)
ch <- 1
select {
    case ch <- 2:
       fmt.Println("channel value is", <-ch)
    default:
       fmt.Println("channel blocking")
}

2.4 内置函数 close()

close() 函数用于关闭通道 channel 的，close 之后的 channel 还可以读取数据，close() 函数由以下几点使用要点:

只能关闭双向通道或者发送通道
它应该由发送者使用，而不应该由接受者调用
当通道关闭后，接受者都不再阻塞，关闭通道后，依然可以从通道中读取值
所有元素读取完后，将返回通道元素的零值，并且读取检测值也是 false

示例:

ch := make(chan int, 1)
ch <- 3
close(ch) // 关闭ch
v, ok := <- ch // 3,true
v2,ok := <- ch // 0,false

3. 阻塞、同步与异步

3.1 阻塞与非阻塞

进程状态

阻塞: 阻塞是进程(也可以是线程、协程)的状态之一（新建、就绪、运行、阻塞、终止). 指的是当数据未准备就绪，这个进程(线程、协程)一直等待，这就是阻塞.
非阻塞: 当数据为准备就绪，该进程(线程、协程)不等待可以继续执行，这就是非阻塞.

3.2 同步与异步

同步: 在发起一个调用时，在没有得到结果之前，这个调用就不返回，这个调用过程一直在等待. 这是同步.
异步: 在发起调用后，就立刻返回了，这次调用过程就结束了. 等到有结果了被调用方主动通知调用者结果. 这是异步.

3.3 四种组合

同步、异步、阻塞、非阻塞可以组合成四种并发方式:

同步阻塞调用：得不到结果不返回，线程进入阻塞态等待。
同步非阻塞调用：得不到结果不返回，线程不阻塞一直在CPU运行。
异步阻塞调用：去到别的线程，让别的线程阻塞起来等待结果，自己不阻塞。
异步非阻塞调用：去到别的线程，别的线程一直在运行，直到得出结果。

4. golang 标准库的锁与定时器

4.1 锁与 sync 库

并发编程中，为了确保并发安全，可以使用锁机制. golang 提供了标准库 sync ，它实现了并发需要的各种锁. 包括:

Mutex: 互斥锁，有俩个方法 Lock() 和 Unlock(), 它只能同时被一个 goroutine 锁定，其它锁再次尝试锁定将被阻塞，直到解锁.
RWMutex: 读写锁，有四个方法，Lock()写锁定、Unlock()写解锁、RLock()读锁定、RUnlock()读解锁，读锁定和写锁定只能同时存在一个.
只能有一个协程处于写锁定状态，但是可以有多个协程处于读锁定状态. 即写的时候不可读，读的时候不可写. 只能同时有一个写操作确保数据一致性.
而可以多个协程同时读数据，确保读操作的并发性能.

此外在 go 的并发编程中，还会常用到 sync 的以下内容:

sync.Map: 并发安全的字典 map
sync.WaitGroup: 用来等待一组协程的结束，常常用来阻塞主线程.
sync.Once: 用于控制函数只能被使用一次，
sync.Cond: 条件同步变量. 可以通过 Wait()方法阻塞协程，通过 Signal()、Broadcast() 方法唤醒协程.
sync.Pool: 一组临时对象的集合，是并发安全的. 它主要是用于存储分配但还未被使用的值，避免频繁的重新分配内存，减少 gc 的压力.

4.2 time 库的定时器

golang 的标准库 time 中提供了定时器功能，并提供通道 channel 变量进行定时通知. time 库中提供了两种定时器:

time.Timer: 定时器 timer 在创建指定时间后，向通道 time.Timer.C 发送数据. 之后需要使用 Reset 设定定时器时间.
time.Ticker: 周期性定时器. 会按照初设定的时间重复计时.
示例:

// timer 
for {
   <- timer.C
    timer.Reset(time.Second)   // 重设后才有效 
}  
// ticker 
for {
  <- ticker.C // 周期性有效 
}

5. 结语

5.1 思考题

golang 中 select 的多个 case 同时成立，那么选择的是哪一个?
golang 中除了使用 sync 锁，还可以如何保证并发安全? atomic 是什么？
sync.Map 对键的类型有什么要求么？
如何避免死锁? golang 中如何检测死锁?

5.2 参考资料

Golang 并发编程 [https://www.cnblogs.com/konghui/p/10703615.html#close]
深入理解并发/并行，阻塞/非阻塞，同步/异步[https://cloud.tencent.com/developer/article/1339622]