Go语言并发通信

事实上,不管是什么平台,什么编程语言,不管在哪,并发都是一个大话题。并发编程的难度在于协调,而协调就要通过交流,从这个角度看来,并发单元间的通信是最大的问题。

在工程上,有两种最常见的并发通信模型:共享数据和消息。

共享数据是指多个并发单元分别保持对同一个数据的引用,实现对该数据的共享。被共享的数据可能有多种形式,比如内存数据块、磁盘文件、网络数据等。在实际工程应用中最常见的无疑是内存了,也就是常说的共享内存。

先看看我们在C语言中通常是怎么处理线程间数据共享的,代码如下所示。


  1. #include <stdio.h>
  2. #include <stdlib.h>
  3. #include <pthread.h>
  4. void *count();
  5. pthread_mutex_t mutex1 = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
  6. int counter = 0;
  7. int main()
  8. {
  9. int rc1, rc2;
  10. pthread_t thread1, thread2;
  11. /* 创建线程,每个线程独立执行函数functionC */
  12. if((rc1 = pthread_create(&thread1, NULL, &count, NULL)))
  13. {
  14. printf("Thread creation failed: %d\n", rc1);
  15. }
  16. if((rc2 = pthread_create(&thread2, NULL, &count, NULL)))
  17. {
  18. printf("Thread creation failed: %d\n", rc2);
  19. }
  20. /* 等待所有线程执行完毕 */
  21. pthread_join( thread1, NULL);
  22. pthread_join( thread2, NULL);
  23. exit(0);
  24. }
  25. void *count()
  26. {
  27. pthread_mutex_lock( &mutex1 );
  28. counter++;
  29. printf("Counter value: %d\n",counter);
  30. pthread_mutex_unlock( &mutex1 );
  31. }

现在我们尝试将这段C语言代码直接翻译为Go语言代码,代码如下所示。


  1. package main
  2. import (
  3.     "fmt"
  4.     "runtime"
  5.     "sync"
  6. )
  7. var counter int = 0
  8. func Count(lock *sync.Mutex) {
  9. lock.Lock()
  10. counter++
  11. fmt.Println(counter)
  12. lock.Unlock()
  13. }
  14. func main() {
  15. lock := &sync.Mutex{}
  16. for i := 0; i < 10; i++ {
  17. go Count(lock)
  18. }
  19. for {
  20. lock.Lock()
  21. c := counter
  22. lock.Unlock()
  23. runtime.Gosched()
  24. if c >= 10 {
  25. break
  26. }
  27. }
  28. }

在上面的例子中,我们在 10 个 goroutine *享了变量 counter。每个 goroutine 执行完成后,会将 counter 的值加 1。因为 10 个 goroutine 是并发执行的,所以我们还引入了锁,也就是代码中的 lock 变量。每次对 n 的操作,都要先将锁锁住,操作完成后,再将锁打开。

在 main 函数中,使用 for 循环来不断检查 counter 的值(同样需要加锁)。当其值达到 10 时,说明所有 goroutine 都执行完毕了,这时主函数返回,程序退出。

事情好像开始变得糟糕了。实现一个如此简单的功能,却写出如此臃肿而且难以理解的代码。想象一下,在一个大的系统中具有无数的锁、无数的共享变量、无数的业务逻辑与错误处理分支,那将是一场噩梦。这噩梦就是众多 C/C++ 开发者正在经历的,其实 Java 和 C# 开发者也好不到哪里去。

Go语言既然以并发编程作为语言的最核心优势,当然不至于将这样的问题用这么无奈的方式来解决。Go语言提供的是另一种通信模型,即以消息机制而非共享内存作为通信方式。

消息机制认为每个并发单元是自包含的、独立的个体,并且都有自己的变量,但在不同并发单元间这些变量不共享。每个并发单元的输入和输出只有一种,那就是消息。这有点类似于进程的概念,每个进程不会被其他进程打扰,它只做好自己的工作就可以了。不同进程间靠消息来通信,它们不会共享内存。

Go语言提供的消息通信机制被称为 channel,关于 channel 的介绍将在后续的学习中为大家讲解。

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