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分析Go語言中CSP并發(fā)模型與Goroutine的基本使用

更新時(shí)間：2021年06月16日 09:07:53 作者：TechFlow2019

我們都知道并發(fā)是提升資源利用率最基礎(chǔ)的手段，尤其是當(dāng)今大數(shù)據(jù)時(shí)代，流量對(duì)于一家互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)的重要性不言而喻。串流顯然是不行的，尤其是對(duì)于web后端這種流量的直接載體。并發(fā)是一定的，問題在于怎么執(zhí)行并發(fā)。常見的并發(fā)方式有三種，分別是多進(jìn)程、多線程和協(xié)程

一、并發(fā)實(shí)現(xiàn)模型

1.1、多進(jìn)程

在之前的文章當(dāng)中我們?cè)?jīng)介紹過，進(jìn)程是操作系統(tǒng)資源分配的最小單元。所以多進(jìn)程是在操作系統(tǒng)層面的并發(fā)模型，因?yàn)樗械倪M(jìn)程都是有操作系統(tǒng)的內(nèi)核管理的。所以每個(gè)進(jìn)程之間是獨(dú)立的，每一個(gè)進(jìn)程都會(huì)有自己?jiǎn)为?dú)的內(nèi)存空間以及上下文信息，一個(gè)進(jìn)程掛了不會(huì)影響其他進(jìn)程的運(yùn)行。這個(gè)也是多進(jìn)程最大的優(yōu)點(diǎn)，但是它的缺點(diǎn)也很明顯。

最大的缺點(diǎn)就是開銷很大，創(chuàng)建、銷毀進(jìn)程的開銷是最高的，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于創(chuàng)建、銷毀線程。并且由于進(jìn)程之間互相獨(dú)立，導(dǎo)致進(jìn)程之間通信也是一個(gè)比較棘手的問題，進(jìn)程之間共享內(nèi)存也非常不方便。因?yàn)檫@些弊端使得在大多數(shù)場(chǎng)景當(dāng)中使用多進(jìn)程都不是一個(gè)很好的做法。

1.2、多線程

多線程是目前最流行的并發(fā)場(chǎng)景的解決方案，由于線程更加輕量級(jí)，創(chuàng)建和銷毀的成本都很低。并且線程之間通信以及共享內(nèi)存非常方便，和多進(jìn)程相比開銷要小得多。

但是多線程也有缺點(diǎn)，一個(gè)缺點(diǎn)也是開銷。雖然線程的開銷要比進(jìn)程小得多，但是如果創(chuàng)建和銷毀頻繁的話仍然是不小的負(fù)擔(dān)。針對(duì)這個(gè)問題誕生了線程池這種設(shè)計(jì)。創(chuàng)建一大批線程放入線程池當(dāng)中，需要用的時(shí)候拿出來使用，用完了再放回，回收和領(lǐng)用代替了創(chuàng)建和銷毀兩個(gè)操作，大大提升了性能。另外一個(gè)問題是資源的共享，由于線程之間資源共享更加頻繁，所以在一些場(chǎng)景當(dāng)中我們需要加上鎖等設(shè)計(jì)，避免并發(fā)帶來的數(shù)據(jù)紊亂。以及需要避免死鎖等問題。

1.3、協(xié)程

也叫做輕量級(jí)線程，本質(zhì)上仍然是線程。相比于多線程和多進(jìn)程來說，協(xié)程要小眾得多，相信很多同學(xué)可能都沒有聽說過。和多線程最大的區(qū)別在于，協(xié)程的調(diào)度不是基于操作系統(tǒng)的而是基于程序的。

也就是說協(xié)程更像是程序里的函數(shù)，但是在執(zhí)行的過程當(dāng)中可以隨時(shí)掛起、隨時(shí)繼續(xù)。

我們舉個(gè)例子，比如這里有兩個(gè)函數(shù)：

def A():
    print '1'
    print '2'
    print '3'

def B():
    print 'x'
    print 'y'
    print 'z'

如果我們?cè)谝粋€(gè)線程內(nèi)執(zhí)行A和B這兩個(gè)函數(shù)，要么先執(zhí)行A再執(zhí)行B要么先執(zhí)行B再執(zhí)行A。輸出的結(jié)果是確定的，但如果我們用寫成來執(zhí)行A和B，有可能A函數(shù)執(zhí)行了一半剛輸出了一條語句的時(shí)候就轉(zhuǎn)而去執(zhí)行B，B輸出了一條又再回到A繼續(xù)執(zhí)行。不管執(zhí)行的過程當(dāng)中發(fā)生了幾次中斷和繼續(xù)，在操作系統(tǒng)當(dāng)中執(zhí)行的線程都沒有發(fā)生變化。也就是說這是程序級(jí)的調(diào)度。

那么和多線程相比，我們創(chuàng)建、銷毀線程的開銷就完全沒有了，整個(gè)過程變得非常靈活。但是缺點(diǎn)是由于是程序級(jí)別的調(diào)度，所以需要編程語言自身的支持，如果語言本身不支持，就很難使用了。目前原生就支持協(xié)程的語言并不多，顯然golang就是其中一個(gè)。

二、共享內(nèi)存與CSP

我們常見的多線程模型一般是通過共享內(nèi)存實(shí)現(xiàn)的，但是共享內(nèi)存就會(huì)有很多問題。比如資源搶占的問題、一致性問題等等。為了解決這些問題，我們需要引入多線程鎖、原子操作等等限制來保證程序執(zhí)行結(jié)果的正確性。

除了共享內(nèi)存模型之外，還有一個(gè)經(jīng)典模型就是CSP模型。CSP模型其實(shí)并不新，發(fā)表已經(jīng)好幾十年了。CSP的英文全稱是Communicating Sequential Processes，翻譯過來的意思是通信順序進(jìn)程。CSP描述了并發(fā)系統(tǒng)中的互動(dòng)模式，是一種面向并發(fā)的語言的源頭。

Golang只使用了CSP當(dāng)中關(guān)于Process/Channel的部分。簡(jiǎn)單來說Process映射Goroutine，Channel映射Channel。Goroutine即Golang當(dāng)中的協(xié)程，Goroutine之間沒有任何耦合，可以完全并發(fā)執(zhí)行。Channel用于給Goroutine傳遞消息，保持?jǐn)?shù)據(jù)同步。雖然Goroutine之間沒有耦合，但是它們與Channel依然存在耦合。

整個(gè)Goroutine和Channel的結(jié)構(gòu)有些類似于生產(chǎn)消費(fèi)者模式，多個(gè)線程之間通過隊(duì)列共享數(shù)據(jù)，從而保持線程之間獨(dú)立。這里不過多深入，我們大概有一個(gè)印象即可。

三、Goroutine

Goroutine即golang當(dāng)中的協(xié)程，這也是golang這門語言的核心精髓所在。正是因?yàn)镚oroutine，所以golang才叫做golang，所以人們才選擇golang。

相比于Java、Python等多線程的復(fù)雜的使用體驗(yàn)而言，golang當(dāng)中的Goroutine的使用非常簡(jiǎn)單，簡(jiǎn)單到爆表。只需要一個(gè)關(guān)鍵字就夠了，那就是go。所以你們應(yīng)該明白為什么golang叫做Go語言不叫別的名字了吧？

比如我們有一個(gè)函數(shù)：

func Add(x, y int) int{
    z := x + y
    fmt.Println(z)
}

我們希望啟動(dòng)一個(gè)goroutine去執(zhí)行它，應(yīng)該怎么辦？很簡(jiǎn)單，只需要一行代碼：

go Add(3, 4)

我們還可以用go關(guān)鍵字來使用goroutine來執(zhí)行一個(gè)匿名函數(shù)：

go func(x, y int) {
    fmt.Println(x + y)
}(3, 4)

需要注意的是，當(dāng)我們使用go關(guān)鍵字的時(shí)候，是不能獲取返回值的。也就是說z := go Add(3, 4)是違法的。乍看起來似乎不合理，但是道理其實(shí)是很簡(jiǎn)單的。如果我們希望一個(gè)變量承接一個(gè)函數(shù)的返回值，說明這里的邏輯是串行的，那么我們使用goroutine的意義是什么？所以這里看似不合理，其實(shí)是設(shè)計(jì)者下了心思的。

以上就是分析Go語言中CSP并發(fā)模型與Goroutine的基本使用的詳細(xì)內(nèi)容，更多關(guān)于Go CSP并發(fā)模型 Goroutine的資料請(qǐng)關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章！

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