go語言學習-goroutine

gxyz發表於2018-03-25

o 語言有一個很重要的特性就是 goroutine, 我們可以使用 goroutine 結合 channel 來開發併發程式。

併發程式指的是可以同時執行多個任務的程式,這裡的同時執行並不一定指的是同一時刻執行,在單核CPU的機器下,在同一時刻只可能有一個任務在執行,但是由於CPU的速度很快,在不斷的切換著多個任務,讓它們交替的執行,因此巨集觀上看起來就像是同時在執行; 而在多核的機器上,併發程式中的多個任務是可以實現在同一時刻執行多個的,此時併發的多個任務是在並行執行的。

goroutine

goroutine 是 go 語言中的併發執行單元,我們可以將多個任務分別放在多個 goroutine 中,來實現併發程式。下面先看一個例子:

package main
import "fmt"

func hello() {
    fmt.Println("Hello World!!!")
}
func main() {
    go hello()
    fmt.Println("Bye!!!")

    var input string
    fmt.Scanln(&input)
}

上述程式的執行結果如下:

Bye!!!
Hello World!!!

上面這個例子展示了使用 goroutine 的幾個要點:

  1. 程式啟動時,我們的主函式 main 也是在一個單獨的 goroutine 中執行的。
  2. go hello() 就是用於建立一個 goroutine, 即 go 關鍵字加上 要在 goroutine 中執行的函式(也可以是匿名函式,不過必須是呼叫的形式)
  3. 最後兩句是用於將 main 函式阻塞在這裡,直到我們按下Enter鍵,之所以這麼做是因為,我們不知道新建立的 goroutine 和 main goroutine 的執行順序,有可能主程式先執行完成,此時主程式結束,我們就看不到新 goroutine 的執行效果了。(通常不會使用這種方法)

以上就是 goroutine 的基本用法

channels

前面我們學習了怎樣建立並行的執行單元,但是每個執行單元之間是完全獨立的,如果我們想在執行期間交換資料,即進行通訊,此時就得依靠另一個概念 - channels, 即通道,這個名字十分貼切,就像在不同的併發執行單元之間連線了一根管道,然後通過這跟管道來傳送和接收資料。

goroutine 和 channel 經常結合在一起使用,下面學習一些 channel 的用法:

  1. 建立 channel

    ch1 := make(chan int)

    channel 也需要使用 make 函式來建立,也就是說 channel 也是一種引用型別(make函式會返回低層資料結構的引用給channel)

  2. 向 channel 中讀寫資料

    前面說了 channel 是用於 goroutine 之間通訊的, 自然能夠從 channel 中寫入和讀取資料,使用的都是 <- 操作符

    ch := make(chan int)
    ch<- 1              // 向 channel 中寫入資料
    var a int = <-ch    // 從 channel 中讀取資料
  3. 關閉 channel
    在我們使用完一個 channel 之後,可以呼叫 close() 方法來關閉一個 channel, 關閉之後的通道,不能夠再進行資料的寫操作, 但是仍然可以讀取之前寫入成功的資料(如果沒有資料了,將返回零值)。

channel 的基本操作就是上面這麼多,不過實際上,channel 是有兩種的: 無緩衝的 和 有緩衝的。上面我們建立的是無快取的,有快取的建立方式是 ch := make(chan int, 2), 二者的區別是:

  1. 無緩衝的 channel 的傳送操作將導致傳送者的 goroutine 阻塞,直到在另一個 goroutine 上對其進行接收操作。如果先發生的是接收操作,那麼接收者將被阻塞,直到在另一個 goroutine 上對其進行傳送操作。
  2. 帶快取的 channel 可以快取多個資料,因此不會立即阻塞,只有當快取滿了之後,傳送者才可能會被阻塞,並且只有到快取為空時,接收者才可能被阻塞

例1: 通道用於傳遞訊息

package main

import "fmt"

func main() {
    message := make(chan string)        // 建立一個用於傳遞字串的通道

    go func() {
        message <- "This is a message."   // 向 channel 寫入資料
    }()

    msg := <- message       // 從 channel 讀取資料
    fmt.Println(msg)
}

例2: 利用通道進行同步

package main
import "fmt"

func hello() {
    fmt.Println("Hello World!!!")
    done <- true          
}
func main() {
    done := make(chan bool)

    go hello()
    fmt.Println("Bye!!!")

    <-done           // 這裡會阻塞住,直到在另一個 goroutine 中對 done 進行寫入操作之後
}

單向 channel

當使用 channel 作為引數,我們可以指定 channel 為單向的,即讓通道在函式中只能傳送,或者只能接收資料,以此來提高程式的安全性.

語法:

  • <-chan type 表示一個只能接收資料的通道
  • chan<- type 表示一個只能傳送資料的通道

例子:

package main

import "fmt"

// 這裡的 message 在函式 send 中就是一個只能傳送資料的通道
func send(msg string, message chan<- string) {
    message<- msg
}

// 這裡的 message 在函式 receive 中就是一個只能傳送資料的通道
func receive(message <-chan string) string {
    msg := <- message
    return msg
}

func main() {
    message := make(chan string)
    go send("hello", message)
    fmt.Println(receive(message))
}

輸出結果是 hello, 此時在函式 send 中,message 通道就只能用於傳送資料,而在函式 receive 中通道只能接收資料,通過引數的限制使其在函式內部成為了單向的通道。

select

go語言提供了一個 select 關鍵字,可以使用它來等待多個通道的操作,以實現多路複用。語法:

select {
    case <-ch1:
        ...
    case ch2 <- value:
        ...
    default:
        ...
}

其中的每個 case 表示一個 channel 的操作,當case語句後面指定通道的操作可以執行時,select 才會執行 case 之後的語句。此時其他的語句都不會被執行。

例子: 超時處理

package main

import "time"
import "fmt"

func main() {
    ch1 := make(chan string, 1)
    go func() {
        time.Sleep(time.Second * 2)
        ch1 <- "result 1"
    }()

    select {
        case res := <- ch1:
            fmt.Println(res)
        case <-time.After(time.Second * 1):
            fmt.Println("timeout 1")
    }

    ch2 := make(chan string, 1)
    go func() {
        time.Sleep(time.Second * 2)
        ch2 <- "result 2"
    }()
    select {
    case res := <-ch2:
        fmt.Println(res)
    case <-time.After(time.Second * 3):
        fmt.Println("timeout 2")
    }
}

上面的例子中我們定義了兩個通道和兩個select結構,是為了進行對比,第一個channel會在等待兩秒之後被寫入資料,而在 select 中,第二個case語句只會等待一秒,然後就會執行,因此就會執行超時操作。而在第二個 select 中,第二個 case 語句會等待三秒。所以上述程式的結果如下:

timeout 1
result 2

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