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Golang 探索對Goroutine的控制方法(詳解)

 更新時間:2017年12月15日 08:49:32   作者:tr3e  
下面小編就為大家分享一篇Golang 探索對Goroutine的控制方法,具有很好的參考價值,希望對大家有所幫助。一起跟隨小編過來看看吧

前言

在golang中,只需要在函數(shù)調(diào)用前加上關(guān)鍵字go即可創(chuàng)建一個并發(fā)任務(wù)單元,而這個新建的任務(wù)會被放入隊列中,等待調(diào)度器安排。相比系統(tǒng)的MB級別線程棧,goroutine的自定義棧只有2KB,這使得我們能夠輕易創(chuàng)建上萬個并發(fā)任務(wù),如此對性能提升不少。但隨之而來的有以下幾個問題:

如何等待所有g(shù)oroutine的退出

如何限制創(chuàng)建goroutine的數(shù)量(信號量實現(xiàn))

怎么讓goroutine主動退出

探索——如何從外部殺死goroutine

本文記錄了筆者就以上幾個問題進行探究的過程,文中給出了大部分問題的解決方案,同時也拋出了未解決的問題,期待與各位交流:p

準備

開始之前先定義一個常量const N=100以及一個HeavyWork函數(shù),假定該函數(shù)具有極其冗長、復(fù)雜度高、難以解耦的特性

func HeavyWork(id int) {
 rand.Seed(int64(id))
 interval := time.Duration(rand.Intn(3)+1) * time.Second
 time.Sleep(interval)
 fmt.Printf("HeavyWork %-3d cost %v\n", id, interval)
}

以上定義的內(nèi)容將在之后的代碼中直接使用以縮減篇幅,大部分完整代碼可在 Github: explore-goroutine 中找到

如何等待所有g(shù)oroutine的退出

"Do not communicate by sharing memory; instead, share memory by communicating"——GO的一大設(shè)計哲學(xué)《Share Memory By Communicating》

翻譯成中文就是,用通信來共享內(nèi)存數(shù)據(jù),而不要通過共享內(nèi)存數(shù)據(jù)來進行通信。

Go中的goroutines和channel提供了一種優(yōu)雅而獨特的結(jié)構(gòu)化并發(fā)軟件的方法,我們可以利用通道(channel)的特性,來實現(xiàn)當前等待goroutine的操作。但是channel并不是當前這個場景的最佳方案,用它來實現(xiàn)的方式是稍顯笨拙的,需要知道確定個數(shù)的goroutine,同時稍不注意就極易產(chǎn)生死鎖,代碼如下:

// "talk is cheap, show me the code."
func main() {
 waitChan := make(chan int, 1)
 for i := 0; i < N; i++ {
  go func(n int) {
   HeavyWork(n)
   waitChan <- 1
  }(i)
 }
 cnt := 0
 for range waitChan {
  cnt++
  if cnt == N {
   break
  }
 }
 close(waitChan)
 fmt.Println("finished")
}

上述代碼使用了一個緩存大小為1的通道(channel),創(chuàng)建N個goroutine用于運行HeavyWork,每個任務(wù)完成后向waitChan寫入一個數(shù)據(jù),在收到N個完成信號后退出。

但事實上比較優(yōu)雅的方式是使用go標準庫sync,其中提供了專門的解決方案sync.WaitGroup用于等待一個goroutines集合的結(jié)束

// "talk is cheap, show me the code."
func main() {
 wg := sync.WaitGroup{}
 for i := 0; i < N; i++ {
  wg.Add(1)
  go func(n int) {
   defer wg.Done()
   HeavyWork(n)
  }(i)
 }
 wg.Wait()
 fmt.Println("finished")
}

關(guān)于sync.WaitGroup的具體使用請參照官方文檔[GoDoc] sync.WaitGroup ,這里不再贅述

如何限制goroutine的創(chuàng)建數(shù)量(信號量實現(xiàn))

信號量(Semaphore),有時被稱為信號燈,是在多線程環(huán)境下使用的一種設(shè)施,是可以用來保證兩個或多個關(guān)鍵代碼段不被并發(fā)調(diào)用。

其中V操作會增加信號量的數(shù)值即釋放資源,而P操作會減少它即占用資源

那么非常容易想到的就是利用channel(通道)緩存有限的特性,它允許我們可以自實現(xiàn)一個簡單的數(shù)量控制,就如同使用信號量一般,在這基礎(chǔ)再加上前面提到的sync.WaitGroup,我們可以打出一套組合拳,提供可阻塞的信號量PV操作,能夠?qū)崿F(xiàn)固定創(chuàng)建goroutine數(shù)量并且支持等待當前goroutine的退出。結(jié)構(gòu)體定義如下:

type Semaphore struct {
 Threads chan int
 Wg  sync.WaitGroup
}

而P操作只需在channel中加入一個元素同時調(diào)用WaitGroup.Add即可,這一操作完成對資源的申請

func (sem *Semaphore) P() {
 sem.Threads <- 1
 sem.Wg.Add(1)
}

相反則是V操作,進行資源的釋放

func (sem *Semaphore) V() {
 sem.Wg.Done()
 <-sem.Threads
}

Wait則阻塞等待直到當前所有資源都歸還,直接調(diào)用WaitGroup的方法即可

func (sem *Semaphore) Wait() {
 sem.Wg.Wait()
}

完整代碼可以在 Github: semaphore 中查看

利用上面的信號量就可以做到,在一個時刻的goroutines數(shù)量不會超過信號量值的大小,而某個goroutine退出后將返還占用的信號量,而正在等待的goroutine就可以立即申請,下圖形象地展現(xiàn)了運行時的狀態(tài)

怎么讓goroutine主動退出

對于goroutine的主動退出,比較友好的做法就是循環(huán)監(jiān)聽一個channel,通過類似信號的方式來告知goroutine的”該退出了“,然后goroutine自己主動退出,這種做法在網(wǎng)上十分常見,也是Golang官方推薦的做法,思想也很簡單。

func main() {
 ok, quit := make(chan int, 1), make(chan int, 1)
 go func() {
  i := 0
  for {
   select {
   case <-quit:
    ok <- 1
    return
   default:
    HeavyWork(i)
    i++
   }
  }
 }()
 time.Sleep(5 * time.Second)
 quit <- 1
 <-ok
}

運行結(jié)果如下圖

探索——如何從外部殺死goroutine

上面講了一些關(guān)于goroutines和channel的簡單使用,接下來終于寫到本文的重點了。筆者并沒有解決如何從外部殺死一個goroutine,但記錄了嘗試“殺死”中的可行或不可行方法,希望對各位有所幫助。

因為近期在開發(fā)中遇到這樣一個問題,當一個函數(shù)是極其冗長、復(fù)雜度高、難以解耦的順序結(jié)構(gòu)代碼時(例如某個極其復(fù)雜無循環(huán)結(jié)構(gòu)的加密算法),而且由于數(shù)據(jù)量巨大,需要反復(fù)調(diào)用該函數(shù),由于每運行一次,程序都會消耗大量的時間、空間,那么當一個任務(wù)已經(jīng)被用戶拋棄時,如何才能拋棄仍在做著無用功的goroutine?

為了達到“殺死goroutine”的目的,筆者做了很多嘗試,如

select結(jié)構(gòu)(條件實現(xiàn))

panic退出機制(失敗)

獲取pid殺死(失?。?/p>

ptrace單步調(diào)試(失?。?/p>

...(失?。?/p>

利用select語句實現(xiàn)

關(guān)于“如何殺死goroutine”,網(wǎng)上有一部分答案就是利用select實現(xiàn)的,但是這種方式實現(xiàn)的代碼并不適用于服務(wù)類的程序,但是對于一般非服務(wù)類程序的確能夠?qū)崿F(xiàn)殺死goroutine的效果,代碼如下:

func main() {
 wrapper := func() chan int {
  c := make(chan int)
  go func() {
   HeavyWork(0)
   c <- 1
  }()
  return c
 }
 select {
 case <-wrapper():
 case <-time.After(1 * time.Second):
  fmt.Println("time limit exceed")
 }
 // time.Sleep(3 * time.Second)
}

但是一旦主函數(shù)沒有立即退出,而是作為某種服務(wù)而繼續(xù)運行時,這里刪除了main函數(shù)的最后一行注釋time.Sleep(3 * time.Second),延遲三秒后退出??梢钥匆姳M管已經(jīng)超時并輸出"time limit exceed"之后,HeavyWork在main函數(shù)沒退出前依舊在運行。效果如下

所以使用select-timeout的方式比較適合實時退出類型的程序,能夠?qū)崿F(xiàn)一定程度上的并發(fā)控制,

小結(jié)

就目前而言,還沒有完美的方案來解決控制goroutine的問題,事實上Go似乎并不允許和推薦人們直接控制goroutine,所以暫時還無法做到從外部直接控制goroutine的生命周期,所以比較推薦的做法還是只能通過goroutine主動退出的方法,循環(huán)監(jiān)聽channel,在發(fā)出退出信號后最多只消耗一輪資源后就退出,但這就要求該代碼具有循環(huán)結(jié)構(gòu)否則就很難使用。有更好解決方案的朋友,請務(wù)必告訴我!

以上這篇Golang 探索對Goroutine的控制方法(詳解)就是小編分享給大家的全部內(nèi)容了,希望能給大家一個參考,也希望大家多多支持腳本之家。

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