go关于并发编程的操作

2023-05-31 16:12 由 ivanlee717 发表于 #后端开发

多线程程序在一个核的CPU运行

多线程程序在多个核的CPU运行

goroutine

协程：用户态，轻量级线程，栈KB级别，创建和调度由go语言直接调度
线程：内核态，线程跑多个协程，栈MB级别

package main

import (
    "fmt"
    "time"
)

func hello(i int) {
    println("hello goroutine: " + fmt.Sprint(i))
}
func hello_goroutine() {
    for i := 0; i < 5; i++ {
        go func(j int) {
            hello(j)
        }(i)
    }
    time.Sleep(time.Second)
}

go关键字直接可以开启新的协程

CSP模型

CSP 是 Communicating Sequential Process 的简称，中文可以叫做通信顺序进程，是一种并发编程模型，是一个很强大的并发数据模型，是上个世纪七十年代提出的，用于描述两个独立的并发实体通过共享的通讯 channel(管道)进行通信的并发模型。相对于Actor模型，CSP中channel是第一类对象，它不关注发送消息的实体，而关注与发送消息时使用的channel。
Golang 就是借用CSP模型的一些概念为之实现并发进行理论支持，其实从实际上出发，go语言并没有，完全实现了CSP模型的所有理论，仅仅是借用了 process和channel这两个概念。process是在go语言上的表现就是 goroutine 是实际并发执行的实体，每个实体之间是通过channel通讯来实现数据共享。
Go语言的CSP模型是由协程Goroutine与通道Channel实现：

Go协程goroutine: 是一种轻量线程，它不是操作系统的线程，而是将一个操作系统线程分段使用，通过调度器实现协作式调度。是一种绿色线程，微线程，它与Coroutine协程也有区别，能够在发现堵塞后启动新的微线程。
通道channel: 类似Unix的Pipe，用于协程之间通讯和同步。协程之间虽然解耦，但是它们和Channel有着耦合。

channel

make （chan元素类型，「缓冲模型」）

有缓冲通道 make(chan int)
无缓冲通道 make(chan int,2)

goroutine 和 channel 是 Go 语言并发编程的两大基石。Goroutine 用于执行并发任务，channel 用于 goroutine 之间的同步、通信。
Channel 在 gouroutine 间架起了一条管道，在管道里传输数据，实现 gouroutine 间的通信；由于它是线程安全的，所以用起来非常方便；channel 还提供 “先进先出” 的特性；它还能影响 goroutine 的阻塞和唤醒。
不要通过共享内存来通信，而要通过通信来实现内存共享。
这就是 Go 的并发哲学，它依赖 CSP 模型，基于 channel 实现。
因为 channel 是一个引用类型，所以在它被初始化之前，它的值是 nil，channel 使用 make 函数进行初始化。可以向它传递一个 int 值，代表 channel 缓冲区的大小（容量），构造出来的是一个缓冲型的 channel；不传或传 0 的，构造的就是一个非缓冲型的 channel。
两者有一些差别：非缓冲型 channel 无法缓冲元素，对它的操作一定顺序是 “发送 -> 接收 -> 发送 -> 接收 -> ……”，如果想连续向一个非缓冲 chan 发送 2 个元素，并且没有接收的话，第一次一定会被阻塞；对于缓冲型 channel 的操作，则要 “宽松” 一些，毕竟是带了 “缓冲” 光环。
对 chan 的发送和接收操作都会在编译期间转换成为底层的发送接收函数。
Channel 分为两种：带缓冲、不带缓冲。对不带缓冲的 channel 进行的操作实际上可以看作 “同步模式”，带缓冲的则称为 “异步模式”。
同步模式下，发送方和接收方要同步就绪，只有在两者都 ready 的情况下，数据才能在两者间传输（后面会看到，实际上就是内存拷贝）。否则，任意一方先行进行发送或接收操作，都会被挂起，等待另一方的出现才能被唤醒。
异步模式下，在缓冲槽可用的情况下（有剩余容量），发送和接收操作都可以顺利进行。否则，操作的一方（如写入）同样会被挂起，直到出现相反操作（如接收）才会被唤醒。

package main

func CalSquare() {
	src := make(chan int)
	dest := make(chan int, 3)

	go func() {
		defer close(src)
		//Go语言的 defer 语句会将其后面跟随的语句进行延迟处理，
		//在 defer 归属的函数即将返回时，将延迟处理的语句按 defer
		//的逆序进行执行，也就是说，先被 defer 的语句最后被执行，
		//最后被 defer 的语句，最先被执行。

		for i := 0; i < 10; i++ {
			src <- i
		}
	}()
	go func() {
		defer close(dest)
		for i := range src {
			dest <- i * i
		}
	}()
	for i := range dest {
		println(i)
	}
}

func main() {
	CalSquare()
}


chan T // 声明一个双向通道
chan<- T // 声明一个只能用于发送的通道
<-chan T // 声明一个只能用于接收的通道COPY

并发安全锁

Eg：对变量执行2000次+1的操作，5个协程并发进行

package main

import (
	"fmt"
	"sync"
	"time"
)

var (
	x    int64
	lock sync.Mutex
)

func addWithLock() {
	for i := 0; i < 2000; i++ {
		lock.Lock()
		x += 1
		lock.Unlock()
	}
}

func addWithoutLock() {
	for i := 0; i < 2000; i++ {
		x += 1
	}
}
func add() {
	x = 0
	for i := 0; i < 5; i++ {
		go addWithoutLock()
	}
	time.Sleep(time.Second)
	fmt.Println("without lock", x)

	x = 0
	for i := 0; i < 5; i++ {
		go addWithLock()
	}
	time.Sleep(time.Second)
	fmt.Println("with lock", x)

}

func main() {
	add()
}

`waitgroup`

WaitGroup是Go语言中的一个类型，它可以用来等待一组Go协程完成。它有三个方法：Add，Done和Wait。Add方法用于将要等待的Go协程数量添加到WaitGroup中；Done方法用于通知WaitGroup一个Go协程已经完成；Wait方法用于阻塞当前Go程，直到WaitGroup内的Go协程都完成。

func manytowait() {
	var wg sync.WaitGroup
	wg.Add(5)
	for i := 0; i < 5; i++ {
		go func(j int) {
			defer wg.Done()
			hello(j)
		}(i)
	}
	wg.Wait()
}

1、 Add一个负数
如果计数器的值小于0会直接panic

2、 Add在Wait之后调用
比如一些子协程开头调用Add结束调用Wait，这些 Wait无法阻塞子协程。正确做法是在开启子协程之前先Add特定的值。

3、未置为0就重用
WaitGroup可以完成一次编排任务，计数值降为0后可以继续被其他任务所用，但是不要在还没使用完的时候就用于其他任务，这样由于带着计数值，很可能出问题。

4、复制waitgroup
WaitGroup有nocopy字段，不能被复制。也意味着WaitGroup不能作为函数的参数