Golang中goroutine和channel使用介绍深入分析

2019ab 2023-02-03 我要评论

1.goroutine-看一个需求

需求：要求统计1-900000000的数字中，那些是素数？

分析：

传统方法，就是使用一个循环，循环的判断各个数是不是素数。
使用并发或并行的方式，将统计素数的任务分配给多个goroutine去完成，这时就会使用到goroutine。

2.进程和线程介绍

进程就是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
线程是进程的一个执行实例，是程序执行的最小单位，它是比进程更小的能独立运行的基本单位。
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
一个程序至少有一个进程，一个进程至少有一个线程

3.并发和并行

多线程程序在单核上运行，就是并发
多个程程序在多核上运行，就是并行

并发：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，这就是并发。

并行：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，这就是并行

4.Go协程和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，可以起多个携程，你可以这样理解，携程是轻量的线程

Go协程的特点

有独立的栈空间

共享程序堆空间

调度由用户控制

携程是轻量级的线程

案例说明

请编写一个程序，完成如下功能：

1.在主线程（可以理解成进程）中，开启一个goroutine，该携程每隔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

4.画出主线程和协程执行流程图

代码实现

// 在主线程（可以理解成进程）中，开启一个goroutine，该协程每秒输出 “hello，world”
// 在主线程中也每隔一秒输出“hello,golang”,输出10次后，退出程序
// 要求主线程和goroutine同时执行
//编写一个函数，每隔1秒输出 “hello，world”
func test(){
   for i := 1;i<=10;i++{
		fmt.Println("test() hello,world"+strconv.Itoa(i))
		time.Sleep(time.Second)
	}
}
func main(){
    go test() // 开启了一个协程
    for i:=1;i<=10;i++{
		fmt.Println(" main() hello,golang"+strconv.Itoa(i))
		time.Sleep(time.Second)
	}
}

总结

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。
协程从主线程开启的，是轻量级的线程，是逻辑态。对资源消耗相对少。
Golang的协程机制是重要的特点，可以轻松的开启上万个协程。其他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

MPG模式基本介绍

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

5.设置Golang运行的CPU数

介绍：为了充分利用多CPU的优势，在Golang程序中设置运行的CPU数目

 package main
 import "fmt"
 import "runtime"
func main(){
	// 获取当前系统CPU的数量
	num := runtime.NumCPU()
	// 这里设置num-1的CPU运行go程序
	runtime.GOMAXPROCS(num)
	fmt.Println("num=",num)
}

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，可以更高效的利用CPU

6.channel（管道）看需求

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

分析思路：

使用goroutine来完成，效率高，但是会出现并发/并行安全问题

这里就提出了不同goroutine如何通信的问题

代码实现

使用goroutine来完成（看看使用gorotine并发完成会出现什么问题？然后我们会去解决）

在运行某个程序时，如何知道是否存在资源竞争问题，方法很简单，在编译该程序时，增加一个参数 -race即可

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

使用全局变量加锁同步改进程序

英文没有对全局变量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
我们的数的阶乘很大，结果会越界，可以将求阶乘改成sum += uint64(i)

源码

package main
import (
	"fmt"
	"time"
	"sync"
)
// 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
var (
  myMap = make(map[int]int,10)
  // 声明一个全局的互斥锁
  // lock 是一个全局的互斥锁
  //sync 是包：synchornized 同步
  // Mutex: 是互斥
  lock sync.Mutex
)
// test函数就是计算n！,让将这个结果放入到myMap
func test(n int){
	res := 1
	for i := 1;i<=n;i++{
		res *= i
	}
	// 这里我们将res放入到myMap
	// 加锁
	lock.Lock()
	myMap[n] = res  // concurrent map writes?
	// 解锁
	lock.Unlock()
}
func main(){
	// 我们这里开启多个协程完成这个任务[200个]
	for i := 1;i<=20;i++{
		go test(i)
	}
	// 休眠10秒钟【第二个问题】
	time.Sleep(time.Second * 10)
	lock.Lock()
	// 这里我们输出结果 变量这个结果
	for i,v := range myMap{
		fmt.Printf("map[%d]=%d\n",i,v)
	} 
	lock.Unlock()
}

channel(管道）-基本使用

channel初始化

说明：使用make进行初始化

var intChan chan int

intChan = make(chan int,10)

向channel中写入（存放）数据

var intChan chan int

intChan = make(chan int,10)

num := 999

intChan <-10

intChan <-num

管道的初始化，写入数据到管道，从管道读取数据及基本的注意事项

package main
import (
	"fmt"
)
func main(){
	// 演示一下管道的使用
	// 1.创建一个可以存放3个int类型的管道
	var intChan chan int
	intChan = make(chan int,3)
	// 2.看看intChannel是什么
	fmt.Printf("intChan 的值=%v intChan本身的地址=%p\n",intChan,&intChan)
	// 3.向管道写入数据
	intChan<- 10
	num := 211
	intChan<- num
	// 注意点，当我们给管写入数据时，不能超过其容量
	intChan<- 50
	// intChan<- 98
	//4. 看看管道的长度和cap(容量)
	fmt.Printf("channel len=%v cap=%v \n",len(intChan),cap(intChan)) // 2,3
	// 5.从管道中读取数据
	var num2 int 
	num2 = <-intChan
	fmt.Println("num2=",num2)
	fmt.Printf("channel len=%v cap=%v \n",len(intChan),cap(intChan)) // 2,3
	// 6.在没有使用协程的情况下，如果我们的管道数据已经全部取出，再取就会报告 deadlock
	num3 := <-intChan
	num4 := <-intChan
	// num5 := <-intChan
	fmt.Println("num3=",num3,"num4=",num4)//,"num5=",num5)
}

channel使用的注意事项

1.channel中只能存放指定的数据类型

2.channel的数据放满后，就不能再放入了

3.如果从channel取出数据后，可以继续放入

4. 在没有使用协程的情况下，如果channel数据取完了，再取，就会报dead lock

示例代码

package main
import (
	"fmt"
)
type Cat struct{
	Name string
	Age int
}
func main(){
	// 定义一个存放任意数据类型的管道  3个数据
	// var callChan chan interface{}
	allChan := make(chan interface{},3)
	allChan<- 10
	allChan<- "tom jack"
	cat := Cat{"小花猫",4}
	allChan<- cat
	// 我们希望获得到管道中的第三个元素，则先将前2个推出
	<-allChan
	<-allChan
	newCat := <-allChan // 从管道中取出的Cat是什么？
	fmt.Printf("newCat=%T,newCat=%v\n",newCat,newCat)
	// 下面的写法是错误的！编译不通过
	// fmt.Printf("newCat.Name=%v",newCat.Name)
	// 使用类型断言
	a := newCat.(Cat)
	fmt.Printf("newCat.Name=%v",a.Name)
}

channel的关闭

使用内置函数close可以关闭channel，当channel关闭后，就不能再向channel写数据了，但是仍然可以从该channel读取数据

channel的遍历

channel支持for-range的方式进行遍历，请注意两个细节

在遍历时，如果channel没有关闭，则会出现deadlock的错误
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。

代码演示：

package main
import (
	"fmt"
)
func main(){
	intChan := make(chan int,3)
	intChan<- 100
	intChan<- 200
	close(intChan) // close
	// 这是不能够再写入到channel
	// intChan<-300
	fmt.Println("okook~")
	// 当管道关闭后，读取数据是可以的
	n1 := <-intChan
	fmt.Println("n1=",n1)
	// 遍历管道
	intChan2 := make(chan int,100)
	for i := 0; i< 100;i++{
		intChan2<-i*2 // 放入100个数据到管道
	}
	// 遍历管道不能使用普通的for循环
	// 在遍历时，如果channel没有关闭，则会出现deadlock的错误
	// 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
	close(intChan2)
	for  v := range intChan2{
		fmt.Println("v=",v)
	}
}