go併發程式設計筆記

併發程式設計

• 一、併發程式設計的相關概念
  １、併發程式設計概念：使多個任務【程式】可以在同一時間執行以便能夠更快的得到結果
  ２、多元程式：允許作業系統同時執行多個程式，cpu來回切換，缺點：對系統資源進行無限制的搶奪造成程式頻繁發生死鎖現象
  ３、序列程式：只能被順序執行的指令列表
  ４、並行程式：可以在並行的硬體上執行的併發程式
  ５、併發程式：被併發的執行的兩個或兩個以上的序列程式的統稱
  ６、併發系統
  ７、併發程式的不確定性：沒有明確的執行順序
  ８、併發程式的內部互動
  　　　　同步的原則：某個資源同一時刻只能被一個程式佔用
  　　　　同步的作用：避免在併發訪問共享資源時可能存在的衝突，以及確保在互相傳遞資料時能夠順利的接通

• 二、多程式程式設計
  1、IPC：多程式程式中，程式之間需要互相協作完成任務，而多個程式程式之間的通訊方式就叫做IPC
  　　　基於通訊的ＩＰＣ方法：
  　　　　　以資料傳輸為手段：
  　　　　　　　管道：被用來傳送位元組流
  　　　　　　　訊息佇列：被用來傳送結構化的訊息物件
  　　　　　以共享記憶體為手段：主要為共享記憶體區，是最快的一種ＩＰＣ方法
  　　　基於訊號的ＩＰＣ方法：作業系統訊號機制，是唯一的一種一部ＩＰＣ方法
  　　　基於同步的ＩＰＣ方法：作業系統訊號燈
  　　　
  　　　注：golang支援的　管道、訊號、socket
  ２、程式：程式的執行被稱為一個程式，是作業系統進行資源分配的一個基本單位
  　　ａ、程式的衍生：fork子程式
  　　ｂ、程式的標識：pid、ppid
  　　ｃ、程式的狀態：
  　　　　可執行狀態Ｒ：如果一個程式處於該狀態，那麼說明它將要、立刻或正在ＣＰＵ上執行
  　　　　可中斷的睡眠狀態Ｓ：當系統正在等待某個事件【如網路連線或訊號燈】的發生時會進入此狀態
  　　　　不可中斷的睡眠狀態Ｄ：和Ｓ的唯一區別就是不可被打斷的
  　　　　暫停狀態或跟蹤狀態Ｔ：向程式傳送SIGSTOP訊號就會使該程式進入暫停狀態
  　　　　僵死狀態Ｚ：表示改程式即將要結束，程式佔用的絕大多數資源會也都已經回收
  　　　　退出狀態Ｘ：
  　　ｄ、程式的空間：
  　　　　使用者空間：使用者程式不能與計算機硬體進行互動，生存與使用者空間
  　　　　核心空間：核心可以與硬體進行互動，生存於核心空間
  　　ｅ、系統呼叫：為了使使用者程式能夠使用作業系統更底層的功能，核心暴露一些介面供其呼叫，這些介面呼叫稱之為系統呼叫
  　　　　核心態：系統呼叫時，ＣＰＵ切換到核心態
  　　　　使用者態：大部分時間ｃｕｐ處於使用者態
  　　　　ＣＰＵ切換
  　　ｆ、程式切換和程式排程：是程式併發執行的基礎

３、同步
　　　　競態條件：當幾個程式同時對同一個資源進行訪問的時候，就很可能造成互相的干擾，這種互相的干擾就被稱為競態條件；通常在編碼和測試過程中難以察覺
　　　　原子操作：執行過程中不能被中斷的操作
　　　　　　必須有一個單一的彙編指令代表，並且需要得到晶片級別的支援；核心只提供了二進位制位和整數的原子操作，只適合細粒度的簡單操作, sync/atomic
　　　　臨界區即互斥：只能被序列化的訪問或執行的某個資源或某段程式碼
　　　　　　排他原則，不能依賴於任何計算機硬體
　　　　　　
三、管道

go語言高階程式設計筆記

一、面向併發的程式設計模型
　　首先，我們使用sync.WaitGroup來等待一組執行緒的結束，在主執行緒裡可以呼叫Wait方法阻塞至所有執行緒結束；父執行緒呼叫Add方法來設定應等待的執行緒的數量；每個被等待的執行緒在結束時應呼叫Done方法，釋放等待的執行緒的數量
　　在worker的迴圈中，為了保證total.value += i的原子性，我們通過sync.Mutex加鎖和解鎖來保證該語句在同一時刻只被一個執行緒訪問

package main

import (
    "fmt"
    "sync"
)

var total struct {
    sync.Mutex
    value int
}

func worker(wg *sync.WaitGroup){
    defer wg.Done()
    
    for i := 0; i<=100; i++ {
        //total.Lock()
        total.value += i
        //total.Unlock()
    }
}

func main(){
    var wg sync.WaitGroup
    wg.Add(2)
    go worker(&wg)
    go worker(&wg)
    wg.Wait()

    fmt.Println(total.value)
}

使用標準庫的sync/atomic包對原子操作的支援進行改進

package main

import (
    "fmt"
    "sync"
    "sync/atomic"
)

var total uint64

func worker(wg *sync.WaitGroup){
    defer wg.Done()

    var i uint64
    for i = 0; i<=100; i++ {
        atomic.AddUint64(&total, i)
    }
}

func main(){
    var wg sync.WaitGroup
    wg.Add(2)
    go worker(&wg)
    go worker(&wg)
    wg.Wait()

    fmt.Println(total)
}

單件模式

var (
    instance *singleton
    once     sync.Once
)

func Instance() *singleton {
    once.Do(func() {
    instance = &singleton{}
    })
    return instance
}

二、常見的併發模式