Go语言goroutine并发编程

2024-03-20 10:07:40

并发与并行

并发是编程里面一个非常重要的概念，Go语言在语言层面天生支持并发。
并发：同一时间段内执行多个任务。
并行：同一时刻执行多个任务。
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。非用户态的线程即为系统态线程，用户态线程比系统态线程开销要小。

goroutine简介

在Go语言中，goroutine可以做到程序员只需要定义很多个任务，让系统去帮助我们把这些任务分配到CPU上实现并发执行。goroutine是由Go的运行时（runtime）调度和管理的。Go程序会智能地将 goroutine 中的任务合理地分配给每个CPU。Go语言之所以被称为现代化的编程语言，就是因为它在语言层面已经内置了调度和上下文切换的机制。

goroutine使用

只需要在调用函数的时候在前面加上go关键字，就可以为一个函数创建一个goroutine。
一个goroutine必定对应一个函数，可以创建多个goroutine去执行相同的函数。

单个goroutine示例

直接上代码：

func hello()  {
    fmt.Println("hello ares")
}
func main()  {  
    hello() 
   fmt.Println("hello main")
}

以上函数输出结果是先输出hello ares，然后输出hello main。
我们启动一个goroutine来执行试一下：

func hello()  {
    fmt.Println("hello ares")
}
func main()  {  
    go hello()  
   fmt.Println("hello main")
}

程序只输出了hello main，并没有输出hello ares。
在程序启动时，Go程序就会为main()函数创建一个默认的goroutine。
当main()函数返回的时候该goroutine就结束了，所有在main()函数中启动的goroutine会一同结束，所以hello()函数的goroutine并没有执行。
想要执行hello()函数，可以让main函数等一等退出:

func hello()  {
    fmt.Println("hello ares")
}
func main()  {  
    go hello()  
   fmt.Println("hello main")
   time.Sleep(time.Second)
}

此时会先打印hello main，然后再打印hello ares。
我们在创建新的goroutine的时候需要花费一些时间，而此时main函数所在的goroutine是继续执行的，所以会先打印hello main。
这种方式虽然可以解决问题，但是并不建议使用，因为sleep会让cpu空跑，浪费资源。
继续优化，我们可以使用sync.WaitGroup来实现goroutine的同步：

var wg sync.WaitGroup
func hello()  {
    fmt.Println("hello ares")
    wg.Done() // hello执行结束，就退出，结束之后通知下wg，让主函数的wg退出，通知wg计数器-1
}
func main()  {
    wg.Add(1)  //计数器+1，开一个协程去干活
    go hello() //开启一个goroutine去执行hello函数
    fmt.Println("hello main")
    wg.Wait()  // 阻塞，等所有协程都干完活后结束，接受done方法，等到计数器为0的时候退出
}

此时，就可以正常输出了。

启动多个goroutine

直接上代码：

var wg sync.WaitGroup
func hello(i int)  {
    fmt.Println("hello ares ",i)
    wg.Done()
}
func main()  {
    for i :=0;i<10;i++{    // 启动10个协程处理
        wg.Add(1)
        go hello(i)
    }
    wg.Wait()
}

会输出hello ares0-9，但是为乱序，因为10个goroutine是并发执行的，而goroutine的调度是随机的。
也可以使用匿名函数实现：

var wg sync.WaitGroup

func main()  {
    for i :=0;i<10;i++{
        wg.Add(1)
        go func(i int) {  // 此处的n是下方传入的i，传入什么就是什么
            fmt.Println("hello ares ",i)
            wg.Done()
        }(i)      //此出的i就是for循环的i
    }
    wg.Wait()
}

与上方效果是一样的。

GOMAXPROCS

Go运行时的调度器使用GOMAXPROCS参数来确定需要使用多少个OS线程来同时执行Go代码。默认值是机器上的CPU核心数。例如在一个8核心的机器上，调度器会把Go代码同时调度到8个OS线程上（GOMAXPROCS是m:n调度中的n）。
Go语言中可以通过runtime.GOMAXPROCS()函数设置当前程序并发时占用的CPU逻辑核心数。
Go1.5版本之前，默认使用的是单核心执行。Go1.5版本之后，默认使用全部的CPU逻辑核心数。
直接上代码：

var wg sync.WaitGroup
func hello01()  {
    for i :=0;i<5;i++{
        fmt.Println("hello01 ",i)
    }
    wg.Done()
}
func hello02()  {
    for i :=0;i<5;i++{
        fmt.Println("hello02 ",i)
    }
    wg.Done()
}

func main()  {
    runtime.GOMAXPROCS(1) //占用一个核心数，所以同时只能由一个goroutine执行,执行完后会另一个才会执行
    wg.Add(2)
    go hello01()
    go hello02()
    wg.Wait()
}

以上代码会依次执行 hello01()或者 hello02()函数，执行完毕后才会执行另一个。
若把runtime.GOMAXPROCS设置成2或者以上，那么执行就没有顺序了。
Go语言中的操作系统线程和goroutine的关系：

一个操作系统线程对应用户态多个goroutine。
go程序可以同时使用多个操作系统线程。
goroutine和OS线程是多对多的关系，即m:n。

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