Golang中的并發性是什么

這篇文章主要介紹了Golang中的并發性是什么的相關知識，內容詳細易懂，操作簡單快捷，具有一定借鑒價值，相信大家閱讀完這篇Golang中的并發性是什么文章都會有所收獲，下面我們一起來看看吧。

什么是并發性，為什么它很重要

并發是指在同一時間運行多個事物的能力。你的電腦有一個CPU。一個CPU有幾個線程。每個線程通常一次運行一個程序。當我們通常寫代碼時，這些代碼是按順序運行的，也就是說，每項工作都是背對背運行的。在并發代碼中，這些工作是由線程同時運行的。

一個很好的比喻是對一個家庭廚師的比喻。我還記得我第一次嘗試煮意大利面的時候。我按照菜譜一步步地做。我切了蔬菜，做了醬汁，然后煮了意大利面條，再把兩者混合起來。在這里，每一步都是按順序進行的，所以下一項工作必須等到當前工作完成后才能進行。

快進到現在，我在烹飪意大利面條方面變得更有經驗。我現在先開始做意大利面，然后在這期間進行醬汁的制作。烹飪時間幾乎減少到一半，因為烹飪意大利面條和醬汁是同時進行的。

并發性與平行性

并發性與并行性有些不同。并行性與并發性類似，即同時發生多項工作。然而，在并行性中，多個線程分別在進行不同的工作，而在并發性中，一個線程在不同的工作之間游走。

因此，并發性和并行性是兩個不同的概念。一個程序既可以并發地運行，也可以并行地運行。你的代碼可以按順序寫，也可以按并發寫。該代碼可以在單核機器或多核機器上運行。把并發性看作是你的代碼的一個特征，而把并行性看作是執行的一個特征。

Goroutines, the worker Mortys

Go使編寫并發代碼變得非常簡單。每個并發的工作都由一個goroutine來表示。你可以通過在函數調用前使用go關鍵字來啟動一個goroutine。看過《瑞克和莫蒂》嗎？想象一下，你的主函數是一個Rick，他把任務委托給goroutine Mortys。

讓我們從一個連續的代碼開始。

package main

import (
    "fmt"
    "time"
)

func main() {
    simple()
}

func simple() {
    fmt.Println(time.Now(), "0")
    time.Sleep(time.Second)

    fmt.Println(time.Now(), "1")
    time.Sleep(time.Second)

    fmt.Println(time.Now(), "2")
    time.Sleep(time.Second)

    fmt.Println("done")
}

2022-08-14 16:22:46.782569233 +0900 KST m=+0.000033220 0
2022-08-14 16:22:47.782728963 +0900 KST m=+1.000193014 1
2022-08-14 16:22:48.782996361 +0900 KST m=+2.000460404 2
done

上面的代碼打印出當前時間和一個字符串。每條打印語句的運行時間為一秒。總的來說，這段代碼大約需要三秒鐘的時間來完成。

現在讓我們把它與一個并發的代碼進行比較。

func main() {
    simpleConc()
}

func simpleConc() {
    for i := 0; i < 3; i++ {
        go func(index int) {
            fmt.Println(time.Now(), index)
        }(i)
    }

    time.Sleep(time.Second)
    fmt.Println("done")
}

2022-08-14 16:25:14.379416226 +0900 KST m=+0.000049175 2
2022-08-14 16:25:14.379446063 +0900 KST m=+0.000079012 0
2022-08-14 16:25:14.379450313 +0900 KST m=+0.000083272 1
done

上面的代碼啟動了三個goroutines，分別打印當前時間和i。這段代碼花了大約一秒鐘完成。這比順序版本快了三倍左右。

"等一下，"我聽到你問。"為什么要等整整一秒？難道我們不能刪除這一行以使程序盡可能快地運行嗎？"好問題!讓我們看看會發生什么。

func main() {
    simpleConcFail()
}

func simpleConcFail() {
    for i := 0; i < 3; i++ {
        go func(index int) {
            fmt.Println(time.Now(), index)
        }(i)
    }

    fmt.Println("done")
}

done

嗯......。程序確實在沒有任何慌亂的情況下退出了，但我們缺少來自goroutines的輸出。為什么它們被跳過？

這是因為在默認情況下，Go并不等待goroutine的完成。你知道main也是在goroutine里面運行的嗎？主程序通過調用simpleConcFail來啟動工作程序，但它在工作程序完成工作之前就退出了。

讓我們回到烹飪的比喻上。想象一下，你有三個廚師，他們分別負責烹飪醬料、意大利面和肉丸。現在，想象一下，如果戈登-拉姆齊命令廚師們做一盤意大利面條和肉丸子。這三位廚師將努力工作，烹制醬汁、意大利面條和肉丸。但是，在廚師們還沒有完成的時候，戈登就按了鈴，命令服務員上菜。很明顯，食物還沒有準備好，顧客只能得到一個空盤子。

這就是為什么我們在退出節目前等待一秒鐘。我們并不總是確定每項工作都會在一秒鐘內完成。有一個更好的方法來等待工作的完成，但我們首先需要學習另一個概念。

總結一下，我們學到了這些東西：

• 工作被委托給goroutines。

• 使用并發性可以提高你的性能。

• 主goroutine默認不等待工作goroutine完成。

• 我們需要一種方法來等待每個goroutine完成。

Channels, the green portal

goroutines之間是如何交流的？當然是通過通道。通道的作用類似于門戶。你可以通過通道發送和接收數據。下面是你如何在Go中制作一個通道。

ch := make(chan int)

每個通道都是強類型的，并且只允許該類型的數據通過。讓我們看看我們如何使用這個。

func main() {
    unbufferedCh()
}

func unbufferedCh() {
    ch := make(chan int)

    go func() {
        ch <- 1
    }()

    res := <-ch
    fmt.Println(res)
}

1

很簡單，對嗎？我們做了一個名為ch的通道。我們有一個goroutine，向ch發送1，我們接收該數據并將其保存到res。

你問，為什么我們在這里需要一個goroutine？因為不這樣做會導致死鎖。

func main() {
    unbufferedChFail()
}

func unbufferedChFail() {
    ch := make(chan int)
    ch <- 1
    res := <-ch
    fmt.Println(res)
}

fatal error: all goroutines are asleep - deadlock!

我們碰到了一個新詞。什么是死鎖？死鎖就是你的程序被卡住了。為什么上面的代碼會卡在死鎖中？

為了理解這一點，我們需要知道通道的一個重要特性。我們創建了一個無緩沖的通道，這意味著在某一特定時間內沒有任何東西可以被存儲在其中。這意味著發送方和接收方都必須同時準備好，才能在通道上傳輸數據。

在失敗的例子中，發送和接收的動作依次發生。我們發送1到ch，但在那個時候沒有人接收數據。接收發生在稍后的一行，這意味著在接收行運行之前，1不能被發送。可悲的是，1不能先被發送，因為ch是沒有緩沖的，沒有空間來容納任何數據。

在這個工作例子中，發送和接收的動作同時發生。主函數啟動了goroutine，并試圖從ch中接收，此時goroutine正在向ch發送1。

另一種從通道接收而不發生死鎖的方法是先關閉通道。

func main() {
    unbufferedCh()
}

func unbufferedCh() {
    ch3 := make(chan int)
    close(ch3)
    res2 := <-ch3
    fmt.Println(res2)
}

0

關閉通道意味著不能再向它發送數據。我們仍然可以從該通道中接收它。對于未緩沖的通道，從一個關閉的通道接收將返回一個通道類型的零值。

總結一下，我們學到了這些東西：

• 通道是goroutines之間相互交流的方式。

• 你可以通過通道發送和接收數據。

• 通道是強類型的。

• 沒有緩沖的通道沒有空間來存儲數據，所以發送和接收必須同時進行。否則，你的代碼就會陷入死鎖。

• 一個封閉的通道將不接受任何數據。

• 從一個封閉的非緩沖通道接收數據將返回一個零值。

如果通道能保持數據一段時間，那不是很好嗎？這里就是緩沖通道發揮作用的地方。

Buffered channels, the portal that is somehow cylindrical?

緩沖通道是帶有緩沖器的通道。數據可以存儲在其中，所以發送和接收不需要同時進行。

func main() {
    bufferedCh()
}

func bufferedCh() {
    ch := make(chan int, 1)
    ch <- 1
    res := <-ch
    fmt.Println(res)
}

1

在這里，1被儲存在ch里面，直到我們收到它。

很明顯，我們不能向一個滿了緩沖區的通道發送更多的信息。你需要在緩沖區內有空間才能發送更多。

func main() {
    bufferedChFail()
}

func bufferedChFail() {
    ch := make(chan int, 1)
    ch <- 1
    ch <- 2
    res := <-ch
    fmt.Println(res)
}

fatal error: all goroutines are asleep - deadlock!

你也不能從一個空的緩沖通道接收。

func main() {
    bufferedChFail2()
}

func bufferedChFail2() {
    ch := make(chan int, 1)
    ch <- 1
    res := <-ch
    res2 := <-ch
    fmt.Println(res, res2)
}

fatal error: all goroutines are asleep - deadlock!

如果一個通道已滿，發送操作將等待，直到有可用的空間。這在這段代碼中得到了證明。

func main() {
    bufferedCh3()
}

func bufferedCh3() {
    ch := make(chan int, 1)
    ch <- 1
    go func() {
        ch <- 2
    }()
    res := <-ch
    fmt.Println(res)
}

1

我們接收一次是為了取出1，這樣goroutine就可以發送2到通道。我們沒有從ch接收兩次，所以只接收1。

我們也可以從封閉的緩沖通道接收。在這種情況下，我們可以在封閉的通道上設置范圍來迭代里面的剩余項目。

func main() {
    bufferedChRange()
}

func bufferedChRange() {
    ch := make(chan int, 3)
    ch <- 1
    ch <- 2
    ch <- 3
    close(ch)
    for res := range ch {
        fmt.Println(res)
    }
    // you could also do this
    // fmt.Println(<-ch)
    // fmt.Println(<-ch)
    // fmt.Println(<-ch)
}

1
2
3

在一個開放的通道上測距將永遠不會停止。這意味著在某些時候，通道將是空的，測距循環將試圖從一個空的通道接收，從而導致死鎖。

總結一下：

• 緩沖通道是有空間容納項目的通道。

• 發送和接收不一定要同時進行，與非緩沖通道不同。

• 向一個滿的通道發送和從一個空的通道接收將導致一個死鎖。

• 你可以在一個封閉的通道上進行迭代，以接收緩沖區內的剩余值。

等待戈多...我的意思是，goroutines來完成，使用通道

通道可以用來同步goroutines。還記得我告訴過你，在通過無緩沖通道傳輸數據之前，發送方和接收方必須都準備好了嗎？這意味著接收方將等待，直到發送方準備好。我們可以說，接收是阻斷的，意思是接收方將阻斷其他代碼的運行，直到它收到東西。讓我們用這個巧妙的技巧來同步我們的goroutines。

func main() {
    basicSyncing()
}

func basicSyncing() {
    done := make(chan struct{})

    go func() {
        for i := 0; i < 5; i++ {
            fmt.Printf("%s worker %d start\n", fmt.Sprint(time.Now()), i)
            time.Sleep(time.Duration(rand.Intn(5)) * time.Second)
        }
        close(done)
    }()

    <-done
    fmt.Println("exiting...")
}

我們做了一個done通道，負責阻斷代碼，直到goroutine完成。done可以是任何類型，但struct{}經常被用于這些類型的通道。它的目的不是為了傳輸結構，所以它的類型并不重要。

一旦工作完成，worker goroutine 將關閉 done。此時，我們可以從 done 中接收，它將是一個空結構。接收動作解除了代碼的阻塞，使其可以退出。

這就是我們使用通道等待goroutine完成的方式。

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