GO-併發技術
併發技術1：CSP併發理論
非同步async
並行：多個任務併發執行
同步sync
序列：多個任務依次執行
阻塞block
某個併發任務由於拿不到資源沒法幹活，從而無所事事地乾等
非同步回撥async callback
A執行緒喚起B執行緒，令其幹活
同時給B一個回撥函式
命令B在幹完活以後，執行這個回撥函式
這個回撥函式會與A執行緒發生互動
A不必阻塞等待B執行的結果，AB兩個執行緒可以併發執行
利弊
- 效率高
- 回撥地獄CallbackHell,邏輯線不清晰
共享記憶體
- 多個併發執行緒通過共享記憶體的方式互動資料
- 執行緒安全問題:AB間共享的資料地址可能被C併發修改
同步鎖/資源鎖
為了解決共享記憶體所導致的執行緒安全問題，共享的記憶體地址在特定時間段被特定執行緒鎖定
加鎖期間，其它執行緒無法訪問，帶來低效率問題
死鎖
A鎖住B的資源
B鎖住A要的資源
AB同時阻塞
案例：小兩口的冷戰
- 女：鎖住女人的尊嚴，得到男人的尊嚴後才釋放
- 男：鎖住男人的尊嚴，得到女人的尊嚴後才釋放
執行緒池
- 背景：執行緒的開銷大
- 記憶體：儲存上下文資料
-
CPU：執行緒排程
為了避免無度建立執行緒（記憶體溢位OutOfMemory）,在一個池中建立一堆執行緒,迴圈利用這些執行緒,用完了以後重置並丟回池中.
-
利弊
利：避免了無度建立執行緒，降低了OOM的風險 弊：用不用都佔去了一大塊記憶體開銷
執行緒併發的弊端
開執行緒佔記憶體
啥也不幹就拿走1M棧空間
1024條執行緒就佔用1G記憶體
執行緒切換佔CPU
記憶體共享不安全
加了鎖效率又低下
回撥地獄導致開發難度高
堆疊
棧
- 變數和物件的名稱
- 引用堆地址
堆
- 雜亂無章地堆放各種資料
- 沒有棧對其進行引用時，就由nil進行引用
- 被nil引用的堆地中的內容隨時可能被垃圾回收器回收
垃圾回收
- 一塊堆記憶體如果沒有被棧引用，就會被0號棧（空nil）所引用
- 一切被nil引用的對記憶體，會隨時被垃圾回收器（GarbageCollector=GC）回收
CSP模型
- CommunicatingSequentialProcess
- 可通訊的序列化程式
- 併發的程式間通過管道進行通訊
共享記憶體 VS 管道
- 記憶體共享:通過記憶體共享通訊
- 管道:通過通訊共享記憶體
管道
- 最早由CSP模型提出
- 以點對點管道代替記憶體共享實現併發程式間的資料互動
- 相比記憶體共享資料互動的相率要高很多
協程
- coroutine
- coorperte
- 協作
- IO時讓出CPU
- routine
- 事務
- 微執行緒/纖程
併發技術2：多協程
建立Goroutine
import (
"fmt"
"time"
)
func newTask() {
for {
fmt.Println("勞資是子協程")
time.Sleep(time.Second)
}
}
func main() {
//開一條協程，與主協程併發地執行newTask()
go newTask()
//主協程賴著不死，主協程如果死了，子協程也得陪著死
for {
fmt.Println("this is a main goroutine")
time.Sleep(time.Second)
}
}
出讓協程資源
通過runtime.Gosched()出讓協程資源，讓其他協程優先執行
package main
import (
"fmt"
"runtime"
)
func main() {
go func() {
for i := 0; i < 5; i++ {
fmt.Println("go")
}
}()
for i := 0; i < 2; i++ {
//讓出時間片，先讓別的協程執行，它執行完，再回來執行此協程
//（詹姆斯協程：先排檔期，你們先上）
runtime.Gosched()
fmt.Println("hello")
}
}
協程自殺
package main
import (
"fmt"
"runtime"
"time"
)
func test() {
//遺囑：臨終前說的話
defer fmt.Println("這是test的遺囑")
//自殺，觸發提前執行遺囑，暴斃，後邊的好日子不過了，呼叫它的協程也暴斃
runtime.Goexit()
//自殺了，後邊的好日子不過了
fmt.Println("生活承諾的很多美好事情...")
//到這是test的正常退出
}
func wildMan() {
for i:=0;i<6;i++{
fmt.Println("我是野人，我不喜歡約束，我討厭制約的我的主協程")
time.Sleep(time.Second)
}
}
func main() {
//一個會暴斃的協程
go func() {
fmt.Println("aaaaaaaaaaaaaa")
//test中有協程自殺程式runtime.Goexit()
test()
fmt.Println("bbbbbbbbbbbbbbb")
}()
//一個討厭主協程約束的野人協程，主協程正常結束會把她帶走
//如果主協程暴斃，則野人協程失去約束
go wildMan()
for i:=0;i<3;i++ {
time.Sleep(time.Second)
}
//主協程的暴斃，會令所有子協程失去牽制——野人永遠失去控制
//主協程暴斃的情況下，如果所有協程都結束了，程式崩潰:fatal error: no goroutines (main called runtime.Goexit) - deadlock!
runtime.Goexit()
fmt.Println("主協程正常返回，會帶走所有子協程")
}
檢視可用核心數
package main
import (
"fmt"
"runtime"
)
/*
可用核心越多，併發質量越高
*/
func main() {
//把可用的最大邏輯CPU核心數設為1,返回先前的設定
previousMaxProcs := runtime.GOMAXPROCS(1)
//獲得邏輯CPU核心數
cpu_num := runtime.NumCPU()
fmt.Println("cpu_num = ", cpu_num)//8
fmt.Println("previousMaxProcs=",previousMaxProcs)//8
for {
//主協程打0，子協程打1
go fmt.Print(1)
fmt.Print(0)
}
}
協程間公平競爭資源
package main
import (
"fmt"
"time"
)
func PrinterVII(str string) {
for _, data := range str {
fmt.Printf("%c", data)
time.Sleep(time.Second)
}
fmt.Printf("\n")
}
func person1VII() {
PrinterVII("今生註定我愛你")
}
func person2VII() {
PrinterVII("FUCKOFF")
}
func main() {
go person1VII()
go person2VII()
for {
time.Sleep(time.Second)
}
}
併發技術3：管道通訊
channel 介紹
channel 提供了一種通訊機制，通過它，一個 goroutine 可以想另一 goroutine 傳送訊息。channel 本身還需關聯了一個型別，也就是 channel 可以傳送資料的型別。例如: 傳送 int 型別訊息的 channel 寫作 chan int 。
channel 建立
channel 使用內建的 make 函式建立，下面宣告瞭一個 chan int 型別的 channel:
ch := make(chan int)
c和 map 類似，make 建立了一個底層資料結構的引用，當賦值或引數傳遞時，只是拷貝了一個 channel 引用，指向相同的 channel 物件。和其他引用型別一樣，channel 的空值為 nil 。使用 == 可以對型別相同的 channel 進行比較，只有指向相同物件或同為 nil 時，才返回 true
channel 的讀寫操作
ch := make(chan int)
// write to channel
ch <- x
// read from channel
x <- ch
// another way to read
x = <- chnnel 一定要初始化後才能進行讀寫操作，否則會永久阻塞。
channel 一定要初始化後才能進行讀寫操作，否則會永久阻塞。
關閉 channel
golang 提供了內建的 close 函式對 channel 進行關閉操作。
ch := make(chan int)
close(ch)
有關 channel 的關閉，你需要注意以下事項:
- 關閉一個未初始化(nil) 的 channel 會產生 panic
- 重複關閉同一個 channel 會產生 panic
- 向一個已關閉的 channel 中傳送訊息會產生 panic
- 從已關閉的 channel 讀取訊息不會產生 panic，且能讀出 channel中還未被讀取的訊息，若訊息均已讀出，則會讀到型別的零值。從一個已關閉的 channel 中讀取訊息永遠不會阻塞，並且會返回一個為
- false 的 ok-idiom，可以用它來判斷 channel 是否關閉
- 關閉 channel 會產生一個廣播機制，所有向 channel 讀取訊息的 goroutine 都會收到訊息
ch := make(chan int, 10)
ch <- 11
ch <- 12
close(ch)
for x := range ch {
fmt.Println(x)
}
x, ok := <- ch
fmt.Println(x, ok)
-----
output:
11
12
0 false
channel 的型別
channel 分為不帶快取的 channel 和帶快取的 channel。
無快取的 channel
從無快取的 channel 中讀取訊息會阻塞，直到有 goroutine 向該 channel 中傳送訊息；同理，向無快取的 channel 中傳送訊息也會阻塞，直到有 goroutine 從 channel 中讀取訊息。
通過無快取的 channel 進行通訊時，接收者收到資料 happens before 傳送者 goroutine 喚醒
有快取的 channel
有快取的 channel 的宣告方式為指定 make 函式的第二個引數，該引數為 channel 快取的容量
ch := make(chan int, 10)
有快取的 channel 類似一個阻塞佇列(採用環形陣列實現)。當快取未滿時，向 channel 中傳送訊息時不會阻塞，當快取滿時，傳送操作將被阻塞，直到有其他 goroutine 從中讀取訊息；相應的，當 channel 中訊息不為空時，讀取訊息不會出現阻塞，當 channel 為空時，讀取操作會造成阻塞，直到有 goroutine 向 channel 中寫入訊息。
ch := make(chan int, 3)
// blocked, read from empty buffered channel
<- ch
ch := make(chan int, 3)
ch <- 1
ch <- 2
ch <- 3
// blocked, send to full buffered channel
ch <- 4
通過 len 函式可以獲得 chan 中的元素個數，通過 cap 函式可以得到 channel 的快取長度。
例項
通過channel實現同步
匯入依賴
import (
"fmt"
"time"
)
//語法點①：建立int型別的無快取管道
//var ch = make(chan int)
var ch = make(chan int,0)
func Printer(str string) {
for _, data := range str {
fmt.Printf("%c", data)
time.Sleep(time.Second)
}
fmt.Printf("\n")
}
func person1() {
//列印完需要7秒鐘
//勞資不列印完是不會往管道中塞資料的，阻塞不死你丫的
Printer("今生註定我愛你")
//箭頭指向管道內部，寫資料
//在打完今生註定我愛你（耗時7秒鐘）後，才寫入資料
//語法點②：向管道里寫資料，無論讀寫，箭頭只能朝左
//語法點⑤：如果管道快取已滿，則阻塞等待至有人取出資料騰出空間，再寫入
ch <- 666
}
func person2() {
//箭頭指向管道外面，代表從管道中拿出資料，讀資料
//語法點③：從管理取出資料，但不不接收
//語法點⑥：管道里沒資料時，阻塞死等
<-ch
//語法點④：從管理取出資料，且使用data變數接收
//data:=<-ch
//fmt.Println("讀出資料：",data)
//終於媽的可以列印了
Printer("FUCKOFF")
}
func main() {
go person1()
go person2()
//主協程賴著不死
for {
time.Sleep(time.Second)
}
}
通過channel實現同步和資料互動
package main
import (
"fmt"
"time"
)
func main() {
//建立無快取管道
ch := make(chan string)
//5、主協程結束
defer fmt.Println("主協程也結束")
//子協程負責寫資料
go func() {
//3、結束任務
defer fmt.Println("子協程呼叫完畢")
//1、緩緩列印2次序號
for i := 0; i < 2; i++ {
fmt.Println("子協程 i= ", i)
time.Sleep(time.Second)
}
//2、向管道傳送資料
ch <- "我是子協程，工作完畢"
}()
//4、阻塞接收
str := <-ch
fmt.Println("str = ", str)
}
無緩衝的channel
package main
import (
"fmt"
"time"
)
func main() {
//建立一個無緩衝的管道
ch := make(chan int, 1)
//長度0，快取能力0
fmt.Printf("len(ch) = %d, cap(ch)=%d\n", len(ch), cap(ch))
go func() {
//向管道中存入0，被阻塞，存入1，被阻塞，存入2
for i := 0; i < 3; i++ {
fmt.Println("子協程: i = ", i)
ch <- i
fmt.Println("5秒以內被列印出來給傑神100萬！")
}
}()
//睡眠2秒
time.Sleep(5 * time.Second)
//讀取0，被阻塞，讀取1，被阻塞，讀取2
for i := 0; i < 3; i++ {
num := <-ch
fmt.Println("num = ", num)
}
}
有快取的channel
package main
import (
"fmt"
"time"
)
func main() {
//建立3快取的管道
ch := make(chan int, 3)
//長度0，快取能力3（即使沒人讀，也能寫入3個值）
fmt.Printf("len(ch) = %d, cap(ch) = %d\n", len(ch), cap(ch))
//一次性存入3個：012,3456789
go func() {
for i := 0; i < 10; i++ {
ch <- i
fmt.Printf("子協程存入[%d]: len(ch) = %d, cap(ch) = %d\n", i, len(ch), cap(ch))
//time.Sleep(1 * time.Second)
}
}()
//time.Sleep(5 * time.Second)
//一次性讀取3個：012,345,678,9
for i := 0; i < 10; i++ {
num := <-ch
fmt.Println("num = ", num)
}
time.Sleep(1*time.Nanosecond)
}
併發技術4：同步排程
等待組
import (
"time"
"fmt"
"sync"
)
//主協程等待子協程全部結束：通過管道阻塞
func main0() {
chanRets := make(chan int, 3)
fmt.Println(len(chanRets),cap(chanRets))
for i := 0; i < 3; i++ {
go func(index int) {
ret := getFibonacci(index)
chanRets <- ret
fmt.Println(index,ret)
}(i)
}
for{
if len(chanRets)==3{
time.Sleep(time.Nanosecond)
break
}
}
}
func main() {
var wg sync.WaitGroup
for i := 0; i < 3; i++ {
//等待組中協程數+1(主協程中)
wg.Add(1)
go func(index int) {
ret := getFibonacci(index)
fmt.Println(index,ret)
//等待組中協程數-1(子協程中)
wg.Done()
}(i)
}
//阻塞至等待組中的協程數為0
wg.Wait()
}
func getFibonacci(n int) int {
x, y := 1, 1
for i := 0; i < n; i++ {
x, y = y, x+y
}
<-time.After(3 * time.Second)
return x
}
互斥鎖案例1
package main
import (
"fmt"
"time"
"sync"
)
func main() {
//必須保證併發安全的資料
type Account struct {
money float32
}
var wg sync.WaitGroup
account := Account{1000}
fmt.Println(account)
//資源互斥鎖(誰搶到鎖，誰先訪問資源，其他人阻塞等待)
//全域性就這麼一把鎖，誰先搶到誰操作，其他人被阻塞直到鎖釋放
var mt sync.Mutex
//銀行卡取錢
wg.Add(1)
go func() {
//拿到互斥鎖
mt.Lock()
//加鎖的訪問
fmt.Println("取錢前：",account.money)
account.money -= 500
time.Sleep(time.Nanosecond)
fmt.Println("取錢後：",account.money)
wg.Done()
//釋放互斥鎖
mt.Unlock()
}()
//存摺存錢
wg.Add(1)
go func() {
//拿到互斥鎖（如果別人先搶到，則阻塞等待）
mt.Lock()
fmt.Println("存錢前：",account.money)
account.money += 500
time.Sleep(time.Nanosecond)
fmt.Println("存錢後：",account.money)
wg.Done()
//釋放互斥鎖
mt.Unlock()
}()
wg.Wait()
}
互斥鎖案例2
package main
import (
"sync"
"fmt"
"time"
)
//必須保證併發安全的資料
type Account struct {
name string
money float32
//定義該資料的互斥鎖
mt sync.Mutex
}
//本方法不能被併發執行——併發安全的
func (a *Account) saveGet(amount float32) {
//先將資源鎖起來
a.mt.Lock()
//執行操作
fmt.Println("操作前：", a.money)
a.money += amount
fmt.Println("操作後：", a.money)
<-time.After(3 * time.Second)
//釋放資源
a.mt.Unlock()
}
//本方法可以被併發執行——不是併發安全的,無此必要
func (a *Account) getName() string {
return a.name
}
func main() {
a := Account{name: "張全蛋", money: 1000}
var wg sync.WaitGroup
wg.Add(1)
go func() {
//呼叫一個加鎖的方法（同步）
a.saveGet(500)
wg.Done()
}()
wg.Add(1)
go func() {
//呼叫一個加鎖的方法（同步）
a.saveGet(-500)
wg.Done()
}()
for i:=0;i<3 ;i++ {
wg.Add(1)
go func() {
//呼叫一個普通的沒有訪問鎖的方法（非同步）
fmt.Println(a.getName())
wg.Done()
}()
}
wg.Wait()
}
通過訊號量控制併發數
package main
import (
"fmt"
"time"
"sync"
)
/*訊號量：通過控制管道的“頻寬”（快取能力）控制併發數*/
func main() {
//定義訊號量為5“頻寬”的管道
sema = make(chan int, 5)
var wg sync.WaitGroup
for i := 0; i < 100; i++ {
wg.Add(1)
go func(index int) {
ret := getPingfangshu(index)
fmt.Println(index, ret)
wg.Done()
}(i)
}
wg.Wait()
}
//該函式只允許5併發執行
var sema chan int
func getPingfangshu(i int) int {
sema <- 1
<-time.After(2 * time.Second)
<- sema
return i
}
併發技術5：死鎖問題
1. 同一個goroutine中，使用同一個 channel 讀寫
package main
func main(){
ch:=make(chan int) //這就是在main程裡面發生的死鎖情況
ch<-6 // 這裡會發生一直阻塞的情況，執行不到下面一句
<-ch
}
這是最簡單的死鎖情況
看執行結果 
2. 2個 以上的go程中， 使用同一個 channel 通訊。 讀寫channel 先於 go程建立。
package main
func main(){
ch:=make(chan int)
ch<-666 //這裡一直阻塞，執行不到下面
go func (){
<-ch //這裡雖然建立了子go程用來讀出資料，但是上面會一直阻塞執行不到下面
}()
}
這裡如果想不成為死鎖那匿名函式go程就要放到ch<-666這條語句前面 
3. 2個以上的go程中，使用多個 channel 通訊。 A go 程 獲取channel 1 的同時，嘗試使用channel 2， 同一時刻，B go 程 獲取channel 2 的同時，嘗試使用channel 1
package main
func main() {
ch1 := make(chan int)
ch2 := make(chan int)
go func() { //匿名子go程
for {
select { //這裡互相等對方造成死鎖
case <-ch1: //這裡ch1有資料讀出才會執行下一句
ch2 <- 777
}
}
}()
for { //主go程
select {
case <-ch2 : //這裡ch2有資料讀出才會執行下一句
ch1 <- 999
}
}
}
第三種是互相等對方造成死鎖
4.在go語言中， channel 和 讀寫鎖、互斥鎖 儘量避免交叉混用。——“隱形死鎖”。如果必須使用。推薦藉助“條件變數”
package main
import (
"runtime"
"math/rand"
"time"
"fmt"
"sync"
)
// 使用讀寫鎖
var rwMutex2 sync.RWMutex
func readGo2(idx int, in <-chan int) { // 讀go程
for {
time.Sleep(time.Millisecond * 500) // 放大實驗現象// 一個go程可以讀 無限 次。
rwMutex2.RLock() // 讀模式加 讀寫鎖
num := <-in // 從 公共的 channel 中獲取資料
fmt.Printf("%dth 讀 go程，讀到：%d\n", idx, num)
rwMutex2.RUnlock() // 解鎖 讀寫鎖
}
}
func writeGo2(idx int, out chan<- int) {
for { // 一個go程可以寫 無限 次。
// 生產一個隨機數
num := rand.Intn(500)
rwMutex2.Lock() // 寫模式加 讀寫鎖
out <- num
fmt.Printf("-----%dth 寫 go程，寫入：%d\n", idx, num)
rwMutex2.Unlock() // 解鎖 讀寫鎖
//time.Sleep(time.Millisecond * 200) // 放大實驗現象
}
}
func main() {
// 播種隨機數種子。
rand.Seed(time.Now().UnixNano())
// 建立 模擬公共區的 channel
ch := make(chan int, 5)
for i:=0; i<5; i++ { // 同時建立 N 個 讀go程
go readGo2(i+1, ch)
}
for i:=0; i<5; i++ { // 同時建立 N 個 寫go程
go writeGo2(i+1, ch)
}
for { // 防止 主 go 程 退出
runtime.GC()
}
}
這是一種隱形的死鎖，我們來看一下結果: 
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