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Golang中goroutine和channel使用介紹深入分析

 更新時間:2023年01月13日 14:44:23   作者:2019ab  
一次只做一件事情并不是完成任務最快的方法,一些大的任務可以拆解成若干個小任務,goroutine可以讓程序同時處理幾個不同的任務,goroutine使用channel來協(xié)調它們的工作,channel允許goroutine互相發(fā)送數(shù)據并同步,這樣一個goroutine就不會領先于另一個goroutine

1.goroutine-看一個需求

需求:要求統(tǒng)計1-900000000的數(shù)字中,那些是素數(shù)?

分析:

  • 傳統(tǒng)方法,就是使用一個循環(huán),循環(huán)的判斷各個數(shù)是不是素數(shù)。
  • 使用并發(fā)或并行的方式,將統(tǒng)計素數(shù)的任務分配給多個goroutine去完成,這時就會使用到goroutine。

2.進程和線程介紹

  • 進程就是程序在操作系統(tǒng)中的一次執(zhí)行過程,是系統(tǒng)進行資源分配和調度的基本單位
  • 線程是進程的一個執(zhí)行實例,是程序執(zhí)行的最小單位,它是比進程更小的能獨立運行的基本單位。
  • 一個進程可以創(chuàng)建和銷毀多個線程,同一個進程中的多個線程可以并發(fā)執(zhí)行
  • 一個程序至少有一個進程,一個進程至少有一個線程

3.并發(fā)和并行

  • 多線程程序在單核上運行,就是并發(fā)
  • 多個程程序在多核上運行,就是并行

并發(fā):因為是在一個CPU上,比如有10個線程,每個線程執(zhí)行10毫秒(進行輪詢操作),從人的角度看,好像這10個線程都在運行,但是從微觀上看,在某一個時間點看,其實只有一個線程在執(zhí)行,這就是并發(fā)。

并行:因為是在多個CPU上(比如有10個CPU),比如有10個線程,每個線程執(zhí)行10毫秒(各自在不同CPU上執(zhí)行),從人的角度看,這10個線程都在運行,但是從微觀上看,在某一個時間點看,也同時有10個線程在執(zhí)行,這就是并行

4.Go協(xié)程和Go主線程

Go主線程(有程序員直接稱為線程/也可以理解成進程):一個Go線程上,可以起多個攜程,你可以這樣理解,攜程是輕量的線程

Go協(xié)程的特點

有獨立的??臻g

共享程序堆空間

調度由用戶控制

攜程是輕量級的線程

案例說明

請編寫一個程序,完成如下功能:

1.在主線程(可以理解成進程)中,開啟一個goroutine,該攜程每隔1秒輸出“hello,world”

2.在主線程中也每隔一秒輸出“hello,golang”,輸出10次后,退出程序

3.要求主線程和goroutine同時執(zhí)行

4.畫出主線程和協(xié)程執(zhí)行流程圖

代碼實現(xiàn)

// 在主線程(可以理解成進程)中,開啟一個goroutine,該協(xié)程每秒輸出 “hello,world”
// 在主線程中也每隔一秒輸出“hello,golang”,輸出10次后,退出程序
// 要求主線程和goroutine同時執(zhí)行
//編寫一個函數(shù),每隔1秒輸出 “hello,world”
func test(){
   for i := 1;i<=10;i++{
		fmt.Println("test() hello,world"+strconv.Itoa(i))
		time.Sleep(time.Second)
	}
}
func main(){
    go test() // 開啟了一個協(xié)程
    for i:=1;i<=10;i++{
		fmt.Println(" main() hello,golang"+strconv.Itoa(i))
		time.Sleep(time.Second)
	}
}

總結

  • 主線程是一個物理線程,直接作用在CPU上的,是重量級的,非常耗費CPU資源。
  • 協(xié)程從主線程開啟的,是輕量級的線程,是邏輯態(tài)。對資源消耗相對少。
  • Golang的協(xié)程機制是重要的特點,可以輕松的開啟上萬個協(xié)程。其他編程語言的并發(fā)機制是一般基于線程的,開啟過多的線程,資源耗費大,這里就突顯Golang在并發(fā)上的優(yōu)勢了

MPG模式基本介紹

M:操作系統(tǒng)的主線程(是物理線程)

P:協(xié)程執(zhí)行需要的上下文

G:協(xié)程

5.設置Golang運行的CPU數(shù)

介紹:為了充分利用多CPU的優(yōu)勢,在Golang程序中設置運行的CPU數(shù)目

 package main
 import "fmt"
 import "runtime"
func main(){
	// 獲取當前系統(tǒng)CPU的數(shù)量
	num := runtime.NumCPU()
	// 這里設置num-1的CPU運行go程序
	runtime.GOMAXPROCS(num)
	fmt.Println("num=",num)
}
  • go1.8后,默認讓程序運行在多個核上,可以不用設置了
  • go1.8前,還是要設置一下,可以更高效的利用CPU

6.channel(管道)看需求

需求:現(xiàn)在要計算 1-200的各個數(shù)的階乘,并且把各個數(shù)的階乘放入到map中。最后顯示出來。要求使用goroutine完成

分析思路:

使用goroutine來完成,效率高,但是會出現(xiàn)并發(fā)/并行安全問題

這里就提出了不同goroutine如何通信的問題

代碼實現(xiàn)

使用goroutine來完成(看看使用gorotine并發(fā)完成會出現(xiàn)什么問題?然后我們會去解決)

在運行某個程序時,如何知道是否存在資源競爭問題,方法很簡單,在編譯該程序時,增加一個參數(shù) -race即可

不同goroutine之間如何通訊

1.全局變量的互斥鎖

2.使用管道channel來解決

使用全局變量加鎖同步改進程序

  • 英文沒有對全局變量m加鎖,因此會出現(xiàn)資源爭奪問題,代碼會出現(xiàn)錯誤,提示concurrent map writes
  • 解決方案:加入互斥鎖
  • 我們的數(shù)的階乘很大,結果會越界,可以將求階乘改成sum += uint64(i)

源碼

package main
import (
	"fmt"
	"time"
	"sync"
)
// 需求:現(xiàn)在要計算 1-200的各個數(shù)的階乘,并且把各個數(shù)的階乘放入到map中
// 最后顯示出來。要求使用goroutine完成
// 思路
// 1. 編寫一個函數(shù),來計算各個數(shù)的階乘,并放入到map中
// 2. 我們啟動的協(xié)程多個,統(tǒng)計的將結果放入到map中
// 3. map應該做出一個全局的
var (
  myMap = make(map[int]int,10)
  // 聲明一個全局的互斥鎖
  // lock 是一個全局的互斥鎖
  //sync 是包:synchornized 同步
  // Mutex: 是互斥
  lock sync.Mutex
)
// test函數(shù)就是計算n!,讓將這個結果放入到myMap
func test(n int){
	res := 1
	for i := 1;i<=n;i++{
		res *= i
	}
	// 這里我們將res放入到myMap
	// 加鎖
	lock.Lock()
	myMap[n] = res  // concurrent map writes?
	// 解鎖
	lock.Unlock()
}
func main(){
	// 我們這里開啟多個協(xié)程完成這個任務[200個]
	for i := 1;i<=20;i++{
		go test(i)
	}
	// 休眠10秒鐘【第二個問題】
	time.Sleep(time.Second * 10)
	lock.Lock()
	// 這里我們輸出結果 變量這個結果
	for i,v := range myMap{
		fmt.Printf("map[%d]=%d\n",i,v)
	} 
	lock.Unlock()
}

channel(管道)-基本使用

channel初始化

說明:使用make進行初始化

var intChan chan int

intChan = make(chan int,10)

向channel中寫入(存放)數(shù)據

var intChan chan int

intChan = make(chan int,10)

num := 999

intChan <-10

intChan <-num

管道的初始化,寫入數(shù)據到管道,從管道讀取數(shù)據及基本的注意事項

package main
import (
	"fmt"
)
func main(){
	// 演示一下管道的使用
	// 1.創(chuàng)建一個可以存放3個int類型的管道
	var intChan chan int
	intChan = make(chan int,3)
	// 2.看看intChannel是什么
	fmt.Printf("intChan 的值=%v intChan本身的地址=%p\n",intChan,&intChan)
	// 3.向管道寫入數(shù)據
	intChan<- 10
	num := 211
	intChan<- num
	// 注意點,當我們給管寫入數(shù)據時,不能超過其容量
	intChan<- 50
	// intChan<- 98
	//4. 看看管道的長度和cap(容量)
	fmt.Printf("channel len=%v cap=%v \n",len(intChan),cap(intChan)) // 2,3
	// 5.從管道中讀取數(shù)據
	var num2 int 
	num2 = <-intChan
	fmt.Println("num2=",num2)
	fmt.Printf("channel len=%v cap=%v \n",len(intChan),cap(intChan)) // 2,3
	// 6.在沒有使用協(xié)程的情況下,如果我們的管道數(shù)據已經全部取出,再取就會報告 deadlock
	num3 := <-intChan
	num4 := <-intChan
	// num5 := <-intChan
	fmt.Println("num3=",num3,"num4=",num4)//,"num5=",num5)
}

channel使用的注意事項

1.channel中只能存放指定的數(shù)據類型

2.channel的數(shù)據放滿后,就不能再放入了

3.如果從channel取出數(shù)據后,可以繼續(xù)放入

4. 在沒有使用協(xié)程的情況下,如果channel數(shù)據取完了,再取,就會報dead lock

示例代碼

package main
import (
	"fmt"
)
type Cat struct{
	Name string
	Age int
}
func main(){
	// 定義一個存放任意數(shù)據類型的管道  3個數(shù)據
	// var callChan chan interface{}
	allChan := make(chan interface{},3)
	allChan<- 10
	allChan<- "tom jack"
	cat := Cat{"小花貓",4}
	allChan<- cat
	// 我們希望獲得到管道中的第三個元素,則先將前2個推出
	<-allChan
	<-allChan
	newCat := <-allChan // 從管道中取出的Cat是什么?
	fmt.Printf("newCat=%T,newCat=%v\n",newCat,newCat)
	// 下面的寫法是錯誤的!編譯不通過
	// fmt.Printf("newCat.Name=%v",newCat.Name)
	// 使用類型斷言
	a := newCat.(Cat)
	fmt.Printf("newCat.Name=%v",a.Name)
}

channel的關閉

使用內置函數(shù)close可以關閉channel,當channel關閉后,就不能再向channel寫數(shù)據了,但是仍然可以從該channel讀取數(shù)據

channel的遍歷

channel支持for-range的方式進行遍歷,請注意兩個細節(jié)

  • 在遍歷時,如果channel沒有關閉,則會出現(xiàn)deadlock的錯誤
  • 在遍歷時,如果channel已經關閉,則會正常遍歷數(shù)據,遍歷完后,就會退出遍歷。

代碼演示:

package main
import (
	"fmt"
)
func main(){
	intChan := make(chan int,3)
	intChan<- 100
	intChan<- 200
	close(intChan) // close
	// 這是不能夠再寫入到channel
	// intChan<-300
	fmt.Println("okook~")
	// 當管道關閉后,讀取數(shù)據是可以的
	n1 := <-intChan
	fmt.Println("n1=",n1)
	// 遍歷管道
	intChan2 := make(chan int,100)
	for i := 0; i< 100;i++{
		intChan2<-i*2 // 放入100個數(shù)據到管道
	}
	// 遍歷管道不能使用普通的for循環(huán)
	// 在遍歷時,如果channel沒有關閉,則會出現(xiàn)deadlock的錯誤
	// 在遍歷時,如果channel已經關閉,則會正常遍歷數(shù)據,遍歷完后,就會退出遍歷
	close(intChan2)
	for  v := range intChan2{
		fmt.Println("v=",v)
	}
}

到此這篇關于Golang中goroutine和channel使用介紹深入分析的文章就介紹到這了,更多相關Go goroutine與channel內容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關文章希望大家以后多多支持腳本之家!

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