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go-并发.md

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Go 并发机制

Goroutines

主函数返回时,所有的goroutine都会被直接打断,程序退出。

f()    // call f(); wait for it to return
go f() // create a new goroutine that calls f(); don't wait

以下的代码不能保证 f()函数执行过或者执行完毕。

func main() {
    go f()
}

Channels

channel

如果说 goroutine 是 Go 语言程序的并发体的话,那么 channels 则是它们之间的通信机制。

两个相同类型的 channel 可以使用==运算符比较。如果两个 channel 引用的是相同的对象,那么比较的结果为真。

Channel 还支持 close 操作,用于关闭 channel,随后对基于该 channel 的任何发送操作都将导致 panic 异常。

close(ch)

对一个已经被 close 过的 channel 进行接收操作依然可以接受到之前已经成功发送的数据。

func main(){
	ch := make(chan int)
	go f1(ch)
	go f2(ch)

	time.Sleep(3 * time.Second)
}
func f1(ch chan int){
	ch <- 1
	close(ch)
}
func f2(ch chan int){
	x := <- ch  // ok , x = 1
	fmt.Println(x)
}

不带缓存的 channel

调用 make 函数创建的是一个无缓存的 channel,但是我们也可以指定第二个整型参数,对应 channel 的容量。如果 channel 的容量大于零,那么该 channel 就是带缓存的 channel。

ch = make(chan int)    // unbuffered channel
ch = make(chan int, 0) // unbuffered channel
ch = make(chan int, 3) // buffered channel with capacity 3

一个基于无缓存 Channels 的发送操作将导致发送者 goroutine 阻塞,直到另一个 goroutine 在相同的 Channels 上执行接收操作,当发送的值通过 Channels 成功传输之后,两个 goroutine 可以继续执行后面的语句。

反之,如果接收操作先发生,那么接收者 goroutine 也将阻塞,直到有另一个 goroutine 在相同的 Channels 上执行发送操作。

基于无缓存 Channels 的发送和接收操作将导致两个 goroutine 做一次同步操作。

带缓存的 Channels

带缓存的 Channel 内部持有一个元素队列。队列的最大容量是在调用 make 函数创建 channel 时通过第二个参数指定的。

ch = make(chan string, 3)

我们可以在无阻塞的情况下连续向新创建的 channel 发送三个值,如果有第四个发送操作将发生阻塞。

ch <- "A" // ok
ch <- "B" // ok
ch <- "C" // ok
ch <- "D" // blocked

在继续执行三次接受操作后 channel 内部的缓存队列将又成为空的,如果有第四个接收操作将发生阻塞。

fmt.Println(<-ch) // "A"
fmt.Println(<-ch) // "B"
fmt.Println(<-ch) // "C"
fmt.Println(<-ch) // blocked

select

如果多个 case 同时就绪时,select 会随机地选择一个执行,这样来保证每一个 channel 都有平等的被 select 的机会。

select 会有一个 default 来设置当其它的操作都不能够马上被处理时程序需要执行哪些逻辑。

下面的 select 语句会在 abort channel 中有值时,从其中接收值;无值时什么都不做。这是一个非阻塞的接收操作;反复地做这样的操作叫做“轮询 channel”。

select {
case <-abort:
    fmt.Printf("Launch aborted!\n")
    return
default:
    // do nothing
}

同步

sync.Mutex 互斥锁

通过 channel 实现互斥锁

我们可以用一个容量只有 1 的 channel 来保证最多只有一个 goroutine 在同一时刻访问一个共享变量。

一个只能为1和0的信号量叫做二元信号量(binary semaphore)。

var (
    sema    = make(chan struct{}, 1) // a binary semaphore guarding balance
    balance int
)

func Deposit(amount int) {
    sema <- struct{}{} // acquire token
    balance = balance + amount
    <-sema // release token
}

func Balance() int {
    sema <- struct{}{} // acquire token
    b := balance
    <-sema // release token
    return b
}

sync.Mutex

在 Lock 和 Unlock 之间的代码段中的内容 goroutine 可以随便读取或者修改,这个代码段叫做临界区。

每一个函数在一开始就获取互斥锁并在最后释放锁,从而保证共享变量不会被并发访问。这种函数、互斥锁和变量的编排叫作"监控 monitor"。

import "sync"

var (
    mu      sync.Mutex // guards balance
    balance int
)

func Deposit(amount int) {
    mu.Lock()
    balance = balance + amount
    mu.Unlock()
}

func Balance() int {
    mu.Lock()
    b := balance
    mu.Unlock()
    return b
}

go 里没有重入锁(Re-entrant lock),没法对一个已经锁上的 mutex 来再次上锁--这会导致程序死锁,没法继续执行下去。

sync.RWMutex读写锁

允许多个只读操作并行执行,但写操作会完全互斥。这种锁叫作“多读单写”锁(multiple readers, single writer lock),Go 语言提供的这样的锁是 sync.RWMutex

var mu sync.RWMutex
var balance int
func Balance() int {
    mu.RLock() // readers lock
    defer mu.RUnlock()
    return balance
}
func Write() {
    mu.Lock() // writers lock
    defer mu.Unlock()
    balance = 1
}

RLock 只能在临界区共享变量没有任何写入操作时可用。

RWMutex 只有当获得锁的大部分 goroutine 都是读操作,而锁在竞争条件下,也就是说,goroutine 们必须等待才能获取到锁的时候,RWMutex 才是最能带来好处的。

RWMutex 需要更复杂的内部记录,所以会让它比一般的无竞争锁的 mutex 慢一些。

WaitGroup

该类型有三个指针方法:Add,Done,Wait。

sync.WaitGroup 是一个结构体类型,其中有一个字段用四个字节表示给定计数,用四个字节表示等待计数。通过 Add 方法增大或减少给定计数:

wg.Add(3)
wg.Add(-3)

如果让给定计数变为负数,会引发一个运行恐慌。

还可以通过调用 Done 方法使给定计数减一。

wg.Done() // = wg.Add(-1)

当 wg.Done 让给定计数变为负数时,也会引发一个运行时恐慌。

当调用 Wait 方法时,会去检查给定计数,如果计数等于 0,那么该方法会立即返回,否则会阻塞,同时等待计数会加一。直到给定计数变为 0,才会唤醒所有阻塞的 goroutine,同时清零等待计数。

等待 goroutine 任务的完成有两种方法:

1.使用 channel

sign := make(chan struct{}, 2)
go func(){
    // Do something 
    sign <- struct{}	
}()
go func(){ 
    // Do something
    sign <- struct{}
}()
// 阻塞,直到两个goroutine都结束执行
<-sign
<-sign

2.使用 sync.WaitGroup

var wg sync.WaitGroup
wg.Add(2)

go func(){
    // Do something
    wg.Done()
}()

go func(){
    // Do something
    wg.Done()
}()

// 阻塞,直到 wg 的给定计数为 0,也就是两次 wg.Done() 都执行完毕
wg.Wait()