17 | go語句及其執行規則（下）
知識擴充套件
問題 1：怎樣才能讓主 goroutine 等待其他 goroutine？
我剛才說過，一旦主 goroutine 中的程式碼執行完畢，當前的 Go 程式就會結束執行，無論其他的 goroutine 是否已經在執行了。那麼，怎樣才能做到等其他的 goroutine 執行完畢之後，再讓主 goroutine 結束執行呢？
其實有很多辦法可以做到這一點。其中，最簡單粗暴的辦法就是讓主 goroutine“小睡”一會兒。
for i := 0; i < 10; i++ {
go func() {
fmt.Println(i)
}()
}
time.Sleep(time.Millisecond * 500)
在for語句的後邊，我呼叫了time包的Sleep函式，並把time.Millisecond * 500的結果作為引數值傳給了它。time.Sleep函式的功能就是讓當前的 goroutine（在這裡就是主 goroutine）暫停執行一段時間，直到到達指定的恢復執行時間。
我們可以把一個相對的時間傳給該函式，就像我在這裡傳入的“500 毫秒”那樣。time.Sleep函式會在被呼叫時用當前的絕對時間，再加上相對時間計算出在未來的恢復執行時間。顯然，一旦到達恢復執行時間，當前的 goroutine 就會從“睡眠”中醒來，並開始繼續執行後邊的程式碼。
這個辦法是可行的，只要“睡眠”的時間不要太短就好。不過，問題恰恰就在這裡，我們讓主 goroutine“睡眠”多長時間才是合適的呢？如果“睡眠”太短，則很可能不足以讓其他的 goroutine 執行完畢，而若“睡眠”太長則純屬浪費時間，這個時間就太難把握了。
你可能會想到，既然不容易預估時間，那我們就讓其他的 goroutine 在執行完畢的時候告訴我們好了。這個思路很好，但怎麼做呢？
你是否想到了通道呢？我們先建立一個通道，它的長度應該與我們手動啟用的 goroutine 的數量一致。在每個手動啟用的 goroutine 即將執行完畢的時候，我們都要向該通道傳送一個值。
注意，這些傳送表示式應該被放在它們的go函式體的最後面。對應的，我們還需要在main函式的最後從通道接收元素值，接收的次數也應該與手動啟用的 goroutine 的數量保持一致。關於這些你可以到 demo39.go 檔案中，去檢視具體的寫法。
package main
import (
"fmt"
//"time"
)
func main() {
num := 10
sign := make(chan struct{}, num)
for i := 0; i < num; i++ {
go func() {
fmt.Println(i)
sign <- struct{}{}
}()
}
// 辦法1。
//time.Sleep(time.Millisecond * 500)
// 辦法2。
for j := 0; j < num; j++ {
<-sign
}
}
其中有一個細節你需要注意。我在宣告通道sign的時候是以chan struct{}作為其型別的。其中的型別字面量struct{}有些類似於空介面型別interface{}，它代表了既不包含任何欄位也不擁有任何方法的空結構體型別。
注意，struct{}型別值的表示法只有一個，即：struct{}{}。並且，它佔用的記憶體空間是0位元組。確切地說，這個值在整個 Go 程式中永遠都只會存在一份。雖然我們可以無數次地使用這個值字面量，但是用到的卻都是同一個值。
當我們僅僅把通道當作傳遞某種簡單訊號的介質的時候，用struct{}作為其元素型別是再好不過的了。順便說一句，我在講“結構體及其方法的使用法門”的時候留過一道與此相關的思考題，你可以返回去看一看。
再說回當下的問題，有沒有比使用通道更好的方法？如果你知道標準庫中的程式碼包sync的話，那麼可能會想到sync.WaitGroup型別。沒錯，這是一個更好的答案。不過具體的使用方式我在後邊講sync包的時候再說。
問題 2：怎樣讓我們啟用的多個 goroutine 按照既定的順序執行？
在很多時候，當我沿著上面的主問題以及第一個擴充套件問題一路問下來的時候，應聘者往往會被這第二個擴充套件問題難住。
所以基於上一篇主問題中的程式碼，怎樣做到讓從0到9這幾個整數按照自然數的順序列印出來？你可能會說，我不用 goroutine 不就可以了嘛。沒錯，這樣是可以，但是如果我不考慮這樣做呢。你應該怎麼解決這個問題？
當然了，眾多應聘者回答的其他答案也是五花八門的，有的可行，有的不可行，還有的把原來的程式碼改得面目全非。我下面就來說說我的思路，以及心目中的答案吧。這個答案並不一定是最佳的，也許你在看完之後還可以想到更優的答案。
首先，我們需要稍微改造一下for語句中的那個go函式，要讓它接受一個int型別的引數，並在呼叫它的時候把變數i的值傳進去。為了不改動這個go函式中的其他程式碼，我們可以把它的這個引數也命名為i。
for i := 0; i < 10; i++ {
go func(i int) {
fmt.Println(i)
}(i)
}
只有這樣，Go 語言才能保證每個 goroutine 都可以拿到一個唯一的整數。其原因與go函式的執行時機有關。
我在前面已經講過了。在go語句被執行時，我們傳給go函式的引數i會先被求值，如此就得到了當次迭代的序號。之後，無論go函式會在什麼時候執行，這個引數值都不會變。也就是說，go函式中呼叫的fmt.Println函式列印的一定會是那個當次迭代的序號。
然後，我們在著手改造for語句中的go函式。
for i := uint32(0); i < 10; i++ {
go func(i uint32) {
fn := func() {
fmt.Println(i)
}
trigger(i, fn)
}(i)
}
我在go函式中先宣告瞭一個匿名的函式，並把它賦給了變數fn。這個匿名函式做的事情很簡單，只是呼叫fmt.Println函式以列印go函式的引數i的值。
在這之後，我呼叫了一個名叫trigger的函式，並把go函式的引數i和剛剛宣告的變數fn作為引數傳給了它。注意，for語句宣告的區域性變數i和go函式的引數i的型別都變了，都由int變為了uint32。至於為什麼，我一會兒再說。
再來說trigger函式。該函式接受兩個引數，一個是uint32型別的引數i, 另一個是func()型別的引數fn。你應該記得，func()代表的是既無引數宣告也無結果宣告的函式型別。
trigger := func(i uint32, fn func()) {
for {
if n := atomic.LoadUint32(&count); n == i {
fn()
atomic.AddUint32(&count, 1)
break
}
time.Sleep(time.Nanosecond)
}
}
trigger函式會不斷地獲取一個名叫count的變數的值，並判斷該值是否與引數i的值相同。如果相同，那麼就立即呼叫fn代表的函式，然後把count變數的值加1，最後顯式地退出當前的迴圈。否則，我們就先讓當前的 goroutine“睡眠”一個納秒再進入下一個迭代。
注意，我操作變數count的時候使用的都是原子操作。這是由於trigger函式會被多個 goroutine 併發地呼叫，所以它用到的非本地變數count，就被多個使用者級執行緒共用了。因此，對它的操作就產生了競態條件（race condition），破壞了程式的併發安全性。
所以，我們總是應該對這樣的操作加以保護，在sync/atomic包中宣告瞭很多用於原子操作的函式。
另外，由於我選用的原子操作函式對被操作的數值的型別有約束，所以我才對count以及相關的變數和引數的型別進行了統一的變更（由int變為了uint32）。
縱觀count變數、trigger函式以及改造後的for語句和go函式，我要做的是，讓count變數成為一個訊號，它的值總是下一個可以呼叫列印函式的go函式的序號。
這個序號其實就是啟用 goroutine 時，那個當次迭代的序號。也正因為如此，go函式實際的執行順序才會與go語句的執行順序完全一致。此外，這裡的trigger函式實現了一種自旋（spinning）。除非發現條件已滿足，否則它會不斷地進行檢查。
最後要說的是，因為我依然想讓主 goroutine 最後一個執行完畢，所以還需要加一行程式碼。不過既然有了trigger函式，我就沒有再使用通道。
trigger(10, func(){})
呼叫trigger函式完全可以達到相同的效果。由於當所有我手動啟用的 goroutine 都執行完畢之後，count的值一定會是10，所以我就把10作為了第一個引數值。又由於我並不想列印這個10，所以我把一個什麼都不做的函式作為了第二個引數值。
總之，通過上述的改造，我使得非同步發起的go函式得到了同步地（或者說按照既定順序地）執行，你也可以動手自己試一試，感受一下。
package main
import (
"fmt"
"sync/atomic"
"time"
)
func main() {
var count uint32
trigger := func(i uint32, fn func()) {
for {
if n := atomic.LoadUint32(&count); n == i {
fn()
atomic.AddUint32(&count, 1)
break
}
time.Sleep(time.Nanosecond)
}
}
for i := uint32(0); i < 10; i++ {
go func(i uint32) {
fn := func() {
fmt.Println(i)
}
trigger(i, fn)
}(i)
}
trigger(10, func() {})
}
總結
主 goroutine 的執行若過早結束，那麼我們的併發程式的功能就很可能無法全部完成。所以我們往往需要通過一些手段去進行干涉，比如呼叫time.Sleep函式或者使用通道。
另外，go函式的實際執行順序往往與其所屬的go語句的執行順序（或者說 goroutine 的啟用順序）不同，而且預設情況下的執行順序是不可預知的。那怎樣才能讓這兩個順序一致呢？其實複雜的實現方式有不少，但是可能會把原來的程式碼改得面目全非。
總之，我希望通過上述基礎知識以及三個連貫的問題幫你串起一條主線。這應該會讓你更快地深入理解 goroutine 及其背後的併發程式設計模型，從而更加遊刃有餘地使用go語句。
思考題
runtime包中提供了哪些與模型三要素 G、P 和 M 相關的函式？（模型三要素內容在上一篇）
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