golang 并发

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原创 2023-04-14 14:35:44 2k 阅读 AI 写同款· GEO 优化 ›

Golang 并发编程指南简单调度图如上，有关于 P 再多个 M 中切换，公共 goroutine 队列，M 从线程缓存中创建等步骤没有体现，复杂过程可以参考文章简单了解。我们可以再每个 CPU 上进行循环无关的迭代计算，我们仅需要创建完所有的 goroutine 后，从 channel 中读取结束信号进行计数即可。这东西可以并发读，不可以并发读写/并发写写，不过现在即便场景是读多写少也很少用到这，一般集群环境都得分布式锁了。关系如图，灰色的 G 则是暂时还未运行的，处于就绪态，等待被调度，这个队列被 P 维护。阅读详情

文章目录

1、并发和并行

go语言协程依赖于线程，即使处理器运行的是统一线程，在线程内部go语言调度器也会切换多个协程执行，这个时候协程是并发的。如果多个协程被分配给了不同的线程，这些线程被不同的CPU核心处理，协程就是并行处理的。
故多核处理场景下，go语言的协程是并发

并发
在这里插入图片描述
并行

2、线程和协程的区别

协程是轻量级的线程

1、调度方式
协程是用户态的，协程和线程的对应关系是M:N。Go语言调度器可以将多个协程调度到同一个线程中，一个协程也可能切换到多个协程中执行
2、上线文切换速度
协程的速度要快于线程，是因为协程切换不用经过操作系统用户态和内核太的切换，并且协程切换的时候保留的寄存器要少于线程，线程切换大约需要1~2微秒，协程约为0.2微秒
3、调度策略
线程的调度大多数时间是抢占式的，操作系统调度器为了均衡每个线程的执行周期，会定时发出中断信号轻质执行线程上下文切换。而Go语言中的协程一般情况下是协作式调度，当一个协程处理完自己的任务后，可以主动将执行权限让给其他协程。这意味着协程可以更好的在规定时间内完成自己的工作，不会被轻易抢占。当一个协程运行了过长的时间，Go语言调度器才会抢占其执行
4、栈大小
线程的栈大小为2MB（避免栈一处），协程的栈默认为2KB。同时协程的栈在运行的时候是不能更改的，运行时会动态检测栈大小，动态扩容

3、golang 并发实现

goroutine 不是os线程、不是绿色线程（由语言运行时管理的线程），是协程。协程是一种非抢占式的简单并发子goroutine（函数、闭包或方法），也就是说，它们不能被中断。取而代之的是，协程有多个点，允许暂停或重新进入 —Go语言并发之道

goroutine是go的并发体
channels是goroutine的通信机制（实际就是发送数据）

基础知识

goroutine

goroutine是一种轻量级的实现，可以在单个进程中执行成千上万的并发任务，是go语言并发设计的核心.
将关键字go放在一个函数的前面，这个函数执行时就会成为一个独立的并发线程，这线程就被称为goroutine

channel 通道

通道(chan)是一种特殊的类型，是一种引用类型。
主要分类有单向通道、无缓冲的通道、带缓冲的通道
主要作用是同步信号(shutdown/close/finish) 消息传递(queue/stream) 互斥(mutex)

//go中对chan的定义   /runtime/chan.go
type hchan struct {
	qcount   uint           // total data in the queue    数据总量
	dataqsiz uint           // size of the circular queue
	buf      unsafe.Pointer // points to an array of dataqsiz elements
	elemsize uint16
	closed   uint32      //标记channel已经关闭
	elemtype *_type // element type
	sendx    uint   // send index
	recvx    uint   // receive index
	recvq    waitq  // list of recv waiters    和ring buffer相关
	sendq    waitq  // list of send waiters    和ring buffer相关

	// lock protects all fields in hchan, as well as several
	// fields in sudogs blocked on this channel.
	//
	// Do not change another G's status while holding this lock
	// (in particular, do not ready a G), as this can deadlock
	// with stack shrinking.
	lock mutex    //保护所有数据结构，但在某些quick path场景下不必加锁
}

type waitq struct {
	first *sudog
	last  *sudog     //sudog dequeue中等待的goroutine以及他的数据存储
}

底层原理参考

任何时间只能有一个goroutine访问chan
chan 里面的数据满足FIFO规则

//声明通道
var 通道变量  chan  通道类型
//创建通道
通道实例  :=  make(chan 通道类型)
//给通道发送数据
通道变量  <-值
//读取通道数据
data, ok := <-通道变量

defer关键字

注意：defer会对表达式进行提前求值

go调度模型

go调度模型

在这里插入图片描述
G:goroutine
M:系统线程 -> 执行代码的实体
P:Processor调度实体

实现方式

syn包

sync.WaitGroup 等待组讲解比较好的文章

进行多个任务的同步，主要操作有Add()、Done()、Wait()等操作

互斥锁和读写锁

互斥锁 sync.Mutex：[互斥锁原理] (https://www.jb51.net/article/258684.htm)一个goroutine独占资源互斥性、公平调度，饥饿处理
读写锁 sync.RWMutex：不可递归调用，读写互斥，多读之间并发

使用注意事项：

1、配套使用Lock、UnLock
2、运行时离开当前逻辑就释放锁
3、锁的粒度越小越好，加锁后尽快释放锁
4、没有特殊原因，尽量不要defer释放锁
5、RWMutex的读锁不要嵌套使用

List item
cond

sync.Cond 主要用于goroutine之间的协作，主要有三个函数Broadcast() , Signal(), Wait()，一个成员变量，L　Lock
Broadcast() ：唤醒在本cond上等待的所有的goroutine
Signal()：选择一个goroutine进行唤醒
Wait()：让goroutine进行等待

once

sync.Once 中有一个Do()方法，无论是否更换Do()里面的东西，这个方法只会执行一次

func main() {
	var count int
	increment := func() {
		count++
	}

	var once sync.Once
	var increments sync.WaitGroup
	increments.Add(100)
	for i:=0;i<100;i++{
		go func() {
			defer increments.Done()
			once.Do(increment)
		}()
	}

	increments.Wait()
	fmt.Printf("count is %d\n", count)
}
//最终输出为 1

池(pool)是Pool模式的并发安全实现，需要参照pool设计模式

channel

select 语句

GOMAXPROCS控制

runtime.GOMAXPROCS(runtime.NumCPU())   //充分利用cpu资源

Go语言的并发通过goroutine`实现。goroutine类似于线程，属于用户态的线程，我们可以根据需要创建成千上万个goroutine并发工作。goroutine是由Go语言的运行时（runtime）调度完成，而线程是由操作系统调度完成。

Go语言还提供channel在多个goroutine间进行通信。goroutine和channel是 Go 语言秉承的 CSP（Communicating Sequential Process）并发模式的重要实现基础。

经典例子分析

case1

func handler(){
	ch := make(chan string)
	go func() {
		time.Sleep(3*time.Second)
		ch <- "job result"
	}()

	select {
	case result := <- ch:
		fmt.Println(result)
	case <-time.After(time.Second):
		return
	}
}

上述代码会造成goroutine泄漏，原因在于channel没有缓存
可能造成goroutine泄漏的原因有：
1、channel没有缓存
2、select命中timeout逻辑
3、导致channel没有消费者
4、最终导致anonymous goroutine泄漏

case2


var mu sync.RWMutex
func main() {
	go A()
	time.Sleep(2*time.Second)

	fmt.Println("main call lock")
	mu.Lock()
	defer mu.Unlock()
}

func A()  {
	fmt.Println("A call rlock")
	mu.RLock()
	fmt.Println("A rlocked")
	defer mu.RUnlock()
	B()
}

func B(){
	time.Sleep(5*time.Second)
	C()
}

func C()  {
	fmt.Println("C call rlock")
	mu.RLock()
	fmt.Println("C rlocked")
	mu.RUnlock()
}