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并发操作详解:Goroutines 和 Channels 的声明与使用

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微客鸟窝
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发布于: 2021 年 07 月 15 日
并发操作详解:Goroutines 和 Channels 的声明与使用

什么是进程、线程

进程就是一个应用程序的工作空间,比如你打开的 QQ,微信,工作空间包含了该程序运行所需的所有资源。而线程是进程中的执行单位,一个进程最少有一个线程。

进程与线程对比

  • 进程是系统资源分配和调度的最小单位

  • 线程是程序执行的最小单位

  • 一个进程由一个或多个线程组成,线程是进程中代码的不同执行路线

  • 进程之间相互独立,进程中的线程共享程序的内存空间及资源

  • 线程在时间效率和空间效率都比进程要高

协程

协程是一种用户态的轻量级线程,线程是 CPU 来调度,而协程的调度完全是由用户来控制的。

协程与线程对比

  • 一个线程可以有多个协程

  • 线程、进程都是同步机制,而协程是异步

  • 协程可以保留上一次调用时的状态,当过程重入时,相当于进入了上一次的调用状态

  • 协程是需要线程来承载运行的,所以协程并不能取代线程,线程是被分割的 CPU 资源,协程是组织好的代码流程

并发、并行

  1. 并发和并行是相对于进程或者线程来说的。

  2. 并发是一个或多个 CPU 对多个进程/线程之间的多路复用,通俗讲就是 CPU 轮流执行多个任务,而每个任务都执行一小段,从宏观来看就像在同时执行。

  3. 并行必须有多个 CPU 来提供支持,真正意义上的在同一时刻执行多个进程或线程。



Go 语言协程

Go 中没有线程的概念,只有协程(goroutine),协程相比线程更加轻量,上下文切换更快。Goroutine 由 Go 自己来调度,我们只管启用。


goroutine 通过 go 关键字来启动,非常简单,go 关键字后面加一个方法或函数 go function()


package main
import ( "fmt" "time")
func main (){ go fmt.Println("微客鸟窝") fmt.Println("我是无尘啊") time.Sleep(time.Second) //等待一秒,使goroutine 执行完毕}
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运行结果:


我是无尘啊微客鸟窝
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Channel

channel(通道) 是用来解决多个 goroutine 之间通信问题的。


在 Go 语言中,提倡通过通信来共享内存,而不是通过共享内存来通信,其实就是提倡通过 channel 发送接收消息的方式进行数据传递,而不是通过修改同一个变量。所以在数据流动、传递的场景中要优先使用 channel,它是并发安全的,性能也不错。

channel 声明

ch := make(chan string)


  • 使用 make 函数

  • chan 是关键字,表示 channel 类型,chan 是一个集合类型

  • string 表示 channel 里存放数据的类型

chan 使用

chan 只有发送和接收两种操作:


  1. 发送: <-chan //向 chan 内发送数据

  2. 接收: chan-> //从 chan 中获取数据


示例:


package main
import ( "fmt")
func main() { ch := make(chan string) go func(){ fmt.Println("微客鸟窝") ch <- "执行完毕" }()
fmt.Println("我是无尘啊") value := <-ch fmt.Println("获取的chan的值为:",value)}
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运行结果


我是无尘啊微客鸟窝获取的chan的值为: 执行完毕
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有了 chan 后,我们可以不使用 Sleep 来等 goroutine 执行完了,因为接收操作(value := <-ch)会阻塞等待,直到它获取到值为止。

无缓冲 channel

上面的操作就是一个无缓冲 channel,通道的容量是 0,它不能存储数据,只是起到了传输的作用,所以无缓冲 channel 的发送和接收操作是同时进行的

有缓冲 channel

在声明的时候,我们可以传入第二个参数,即 channel 容量大小,这样就是创建了一个有缓冲 channel。


//创建一个容量为3的 channel,其内部可以存放3个类型为int的元素ch := make(chan int,3)
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  • 有缓冲 channel 内部有一个队列

  • 发送操作是向队列尾部追加元素,如果队列满了,则阻塞等待,直到接收操作从队列中取走元素。

  • 接收操作是从队列头部取走元素,如果队列为空,则阻塞等待,直到发送操作向队列追加了元素。

  • 可以通过内置函数 cap 来获取 channel 的容量,通过内置函数 len 获取 channel 中元素个数。


ch := make(chan int,3)ch <- 1ch <- 2fmt.Println("容量为",cap(ch),"元素个数为:",len(ch))//打印结果:容量为 3 元素个数为: 2
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关闭 channel

使用内置函数 close :close(ch)


  • channel 关闭了就不能再向其发送数据了,否则会引起 panic 异常。

  • 可以从关闭了的 channel 中接收数据,如果没数据,则接收到的是元素类型的零值。

单向 channel

只能发送或者只能接收的 channel 为单向 channel。

单向 channel 声明

只需要在基础声明中增加操作符即可:


send := make(ch<- int) //只能发送数据给channelreceive := make(<-ch int) //只能从channel中接收数据
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示例:


package main
import ( "fmt")//只能发送通道func send(s chan<- string){ s <- "微客鸟窝"}//只能接收通道func receive(r <-chan string){ str := <-r fmt.Println("str:",str)}func main() { //创建一个双向通道 ch := make(chan string) go send(ch) receive(ch)}
//运行结果: str: 微客鸟窝
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select+channel

select 可以实现多路复用,即同时监听多个 channel。


  • 发现哪个 channel 有数据产生,就执行相应的 case 分支

  • 如果同时有多个 case 分支可以执行,则会随机选择一个

  • 如果一个 case 分支都不可执行,则 select 会一直等待


示例:


package main
import ( "fmt")
func main() { ch := make(chan int, 1) for i := 0; i < 10; i++ { select { case x := <-ch: fmt.Println(x) case ch <- i: fmt.Println("--", i) } }}
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运行结果:


-- 00-- 22-- 44-- 66-- 88
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此处留作思考题,为何会这样输出呢?

发布于: 2021 年 07 月 15 日阅读数: 11
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公众号《微客鸟窝》笔者,目前从事web后端开发,涉及语言PHP、golang。获得美国《时代周刊》2006年度风云人物!

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