理解Go的Goroutine和channel

进程，线程的概念在操作系统的书上已经有详细的介绍。进程是内存资源管理和cpu调度的执行单元。为了有效利用多核处理器的优势，将进程进一步细分，允许一个进程里存在多个线程，这多个线程还是共享同一片内存空间，但cpu调度的最小单元变成了线程。

那协程又是什么东西，以及与线程的差异性??

协程，可以看作是轻量级的线程。但与线程不同的是，线程的切换是由操作系统控制的，而协程的切换则是由用户控制的。

最早支持协程的程序语言应该是lisp方言scheme里的continuation（续延），续延允许scheme保存任意函数调用的现场，保存起来并重新执行。Lua,C#,python等语言也有自己的协程实现。

go的goroutinue

今天要讲的goroutinue，本质上就是协程。但有两点不同：

1. goroutinue可以实现并行，也就是说，多个协程可以在多个处理器同时跑。而协程同一时刻只能在一个处理器上跑（把宿主语言想象成单线程的就好了）。

2. goroutine之间的通信是通过channel，而协程的通信是通过yield和resume()操作。

在Go里实现goroutine非常简单，只需要在函数的调用前面加关键字go即可，

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go doSth()  

下面的例子演示，启动10个goroutines分别打印索引。

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package main  

import (  

"fmt"  

"time"    

)  

  

func main() {  

    for i:=1;i<10;i++ {  

        go func(i int) {  

            fmt.Println(i)  

        }(i)  

    }  

    //暂停一会，保证打印全部结束  

    time.Sleep(1e9)  

}  

在分析goroutine执行的随机性和并发性，把goroutine看作是java的守护线程是完全可以的。上面的例子中，启动了10个goroutine，再加上main函数的主goroutine，总共有11个goroutines。由于goroutine类似于”守护线程“，如果主goroutine不等待片刻，可能程序就没有输出打印了。上面的例子输出如下：（输出的索引是完全随机的）

go的channel

在java的世界里，并发主要是靠锁住临界资源（共享内存）来保证同步的。而channel则是goroutinues之间进行通信的利器。

channel可以形象比喻为工厂里的传送带,一头的生产者goroutine往传输带放东西,另一头的消费者goroutinue则从输送带取东西。channel实际上是一个有类型的消息队列,遵循先进先出的特点。

1. channel的操作符号

ch <- ele 表示ele被发送给channel ch；

ele2 <- ch 表示从channel ch取一个值，然后赋给ele2

2. 阻塞式channel

channel默认是没有缓冲区的，也就是说，通信是阻塞的。send操作必须等到有消费者accept才算完成。

举个栗子

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package main  

import "fmt"  

  

func main() {  

    ch1 := make(chan int)  

    go pump(ch1) // pump hangs  

    fmt.Println(<-ch1) // prints only 0  

}  

  

func pump(ch chan int) {  

    for i:= 0; ; i++ {  

        ch <- i  

    }  

}  

上面代码pump()里的channel在接受到第一个元素后就被阻塞了，直到主goroutinue拿走了数据。最终channel阻塞在接受第二个元素，程序只打印 0

3 带有buff的channel

没有buff的channel只能容纳一个元素，而带有buff的channel则可以非阻塞容纳N个元素。发送数据到buffed channel不会被阻塞，除非channel已满；同样的，从buffed channel取数据也不会被阻塞，除非channel空了。这有点像java的ConcurrentLinkedQueue。

goroutine和channel的应用

结合goroutine和channel，可以模拟出java处理并发情况的若干情景

1. 实现future

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package main  

import "fmt"  

import "time"  

  

func main() {  

    future := heavyCalculation()  

    fmt.Println(<-future)  

}  

  

func heavyCalculation() (chan int) {  

      

    future := make(chan int)  

    go func() {  

        //模拟耗时计算  

        time.Sleep(1e9)  

        future <- 666  

    }()  

      

    return future  

}  

2. 实现CountDownLatch

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package main  

import "fmt"  

  

func main() {  

    nTask := 5  

    ch := make(chan int)  

    for i:=1;i<=nTask;i++ {  

        go doTask(ch)  

    }  

    for i:=1;i<=nTask;i++ {  

        <-ch  

    }  

    fmt.Println("finished all tasks")  

}  

  

func doTask(ch chan<- int) {  

    //doSth...  

    ch<- 0  

}  

3. 并发访问对象
Hashtable是线程安全的，意味着多条线程同时操作hashtable对象是不会引起状态不一致的。查看Hashtable源代码可知，其几乎全部方法都添加synchronized关键字，例如put(),remove()操作。在go里，我们可以在对象内部保存一个函数类型的channel，涉及对象状态的操作都放入channel里，对象初始化的时候开启一条goroutinue，不停地执行匿名函数。

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package main  

import (  

"fmt"  

"strconv"  

"time"    

)  

  

type Person struct {  

    Name string  

    salary float64  

    chF chan func()  

}  

func NewPerson(name string, salary float64) *Person {  

    p := &Person{name, salary, make(chan func())}  

    go p.backend()  

    return p  

}  

func (p *Person) backend() {  

    for f := range p.chF {  

        f()  

    }  

}  

  

func (p *Person) AddSalary(sal float64) {  

    p.chF <- func() { p.salary += sal }  // (ThreadSafe)  

      

    // p.salary += sal (NotThreadSafe)  

}  

  

func (p *Person) ReduceSalary(sal float64) {  

    p.chF <- func() { p.salary -= sal }  // (ThreadSafe)  

      

    // p.salary -= sal (NotThreadSafe)  

}  

  

func (p *Person) Salary() float64 {  

    fChan := make(chan float64)  

    p.chF <- func() { fChan <- p.salary }  

    return <-fChan  

}  

func (p *Person) String() string {  

    return p.Name + " - salary is: " +   

    strconv.FormatFloat(p.Salary(), 'f', 2, 64)  

}  

  

func main() {  

    p := NewPerson("Kingston", 8888.8)  

    fmt.Println(p)  

    for i:=1;i<=500;i++ {  

        go func() {  

            p.AddSalary(1);  

        }()  

    }  

    for i:=1;i<=500;i++ {  

        go func() {  

            p.ReduceSalary(1);  

        }()  

    }  

    time.Sleep(3e9)  

    fmt.Println("After changed:")  

    fmt.Println(p)  

}  

4. 生产者消费者模式

每次涉及到并发情景，都喜欢用生产者消费者模式，因为它太经典啦

2个面包师同时生产面包，5个顾客同时取面包（尽管以下例子的打印不能说明并发的真实情况，因为channel的操作和打印的组合不是原子操作，但不影响程序的逻辑）

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package main  

import (  

"fmt"  

"time"  

)  

  

  

func main() {  

    bread := make(chan int,3)  

    for i:=1;i<=2;i++ {  

        go produce(bread)  

    }  

    for i:=1;i<=5;i++ {  

        go consume(bread)  

    }  

    time.Sleep(1e9)  

}  

  

func produce(ch chan<- int) {  

    for {  

        ch <- 1  

        fmt.Println("produce bread")  

        time.Sleep(100 * time.Millisecond)  

    }  

}  

  

func consume(ch <-chan int) {  

    for {  

        <-ch  

        fmt.Println("take bread")  

        time.Sleep(200 * time.Millisecond)  

    }  

}