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goroutine和channel

飞熊 • • 后端笔记 • 阅读 141

得意时要看淡，失意时要看开。不论得意失意，切莫大意;不论成功失败，切莫止步。志得意满时，需要的是淡然，给自己留一条退路;失意落魄时，需要的是泰然，给自己觅一条出路goroutine和channel，希望对大家有帮助，欢迎收藏，转发！站点地址：www.bmabk.com，来源：原文

进程与线程

进程就是程序执行在操作系统中的一次在执行过程，是系统进行资源分配的基本单位。

线程就是进程的一个执行实例，是程序的最小执行单元，是比进程更小的独立运行的单位。

一个进程可以创建多个线程，同一一个进程中的多个线程可以并发执行。一个程序至少有一个进程，一个进程至少有一个线程。

并发和并行

多线程的程序在单核上运行就是并发。
多线程程序咋在多核上运行就是并行。

并行发生在同一时刻，并发发生在同一时间间隔。

程序控制多线程

在应用中一个app的启动运行相当于一个进程，（进程运行在操作系统上）；app内各种按钮的操作相当于线程，线程可以互相通讯。

Go语言中主程序相当于一个进程，各个方法相当于线程，各个线程之间可以互相通讯，但是不同的进程却不可以。（协程是轻量级的线程）

Go语言中协程具有独立的栈空间，共享程序堆空间，调度由开发者控制，协程是轻量级的线程。

在Go语言中通过goroutine实现多线程（协程）。但默认是单线程执行的。Go程序的执行顺序总是先执行源文件的init 函数并总是以单线程执行，并且按照包的依赖关系顺序执行，调用其它包时会递归执行，依然从init函数开始，最后从main包顺序执行。

var starttime int
var endtime int

func main() {
	test()

	for i := 0; i < 5; i++ {
		fmt.Println("main~", strconv.Itoa(i))
		//time.Sleep(time.Second)
	}
	endtime = time.Now().Second()
	fmt.Println(endtime - starttime)
}

func test() {
	//开始时间
	starttime = time.Now().Second()
	for i := 0; i < 5; i++ {
		fmt.Println("test", strconv.Itoa(i))
		//time.Sleep(time.Second)
	}
}

在这里插入图片描述
可以看到单线程的情况是顺序执行，依然很块即使是以秒为单位，也可以忽略不计，在10000次的循环才1秒。

在Go语言中通过go关键字开启goroutine非常的方便，开启线程后就不在是单线程执行程序了，新起的线程会使用另一个处理器支持，其他程序任何在主线程中执行，这样多个线程就并发执行了。

在使用多线程时一定义确保main执行时间比其他线程长，不然其他线程没执行完，主线先先停了。就像马拉松比赛，你跑的太慢，人家赛事结束了你才跑到，发现啥也没了。

主线程执行时间一定要比其他线程长，以下就是错误案例：

func main() {
	go test()
	fmt.Println(endtime - starttime)
}

在这里插入图片描述
主线程没有程序，很快结束，新线程还没开始执行，所以啥也没输出。在主线程休眠一秒钟，如下：

func main() {
	go test()

	time.Sleep(time.Second)
	fmt.Println(endtime - starttime)
}

在这里插入图片描述
休眠后才有打印，而且看时间差还是负数。

goroutine

主线程时物理线程，直接作用再cpu上时重量级的，goroutine是轻量级的。

MPG是goroutine的调度模型。MPG：m是操作系统的主线程，p是协程执行需要的上下文，G是协程。

对于调度来说，当前若干程序在一个cpu上运行就是并发，在不同cpu上运行就是并行；

线程（协程通讯）

不同的线程之间有两种通讯方式全局变量加锁，channel管道。

全局变量加锁
如果不对全局变量加锁，线程都在写入会造成数据错误，因此Go语言不支持无锁写入数据，通过加互斥所解决问题。

import (
	"container/list"
	"fmt"
	"time"
)

var lis = list.New()

func main() {
	//test(10)

	for i := 10; i <= 20; i++ {
		go test(i)
	}

	time.Sleep(time.Second * 2)

	for i := lis.Front(); i != nil; i = i.Next() {
		fmt.Println(i.Value)
	}
}

func test(n int) {
	res := 1
	for i := 1; i < n; i++ {
		res = res * i
	}
	lis.PushBack(res)
}

在上面的程序中，通过不同线程执行循环并插入到单列表中list.List，根据单链表的特性，使用尾插法依次插入。但是由于是多线程，那个先执行完谁先插入，另外碰到同一时间完成，或者上一个还未插入完就要执行下一个插入的情况时就会出错。（单链表使线程安全的，这里模拟错误。）

import (
	"container/list"
	"fmt"
	"sync"
	"time"
)

var lis = list.New()

// 声明一个全局锁
// Mutex是互斥的
var lock sync.Mutex

func main() {
	//test(10)

	for i := 10; i <= 20; i++ {
		go test(i)
	}

	time.Sleep(time.Second * 2)

	//加锁
	lock.Lock()
	for i := lis.Front(); i != nil; i = i.Next() {
		fmt.Println(i.Value)
	}
	//解锁
	lock.Unlock()
}

func test(n int) {
	res := 1
	for i := 1; i < n; i++ {
		res = res * i
	}

	//加锁
	lock.Lock()
	lis.PushBack(res)
	//解锁
	lock.Unlock()
}

sync.Mutex是一个全局的互斥锁，用于对重要数据加锁，在上述代码中lis为全局数据，由于多线程操作需要对其加锁。

  • 写入时加锁
//加锁
	lock.Lock()
	lis.PushBack(res)
	//解锁
	lock.Unlock()
  • 读出时加锁
	//加锁
	lock.Lock()
	for i := lis.Front(); i != nil; i = i.Next() {
		fmt.Println(i.Value)
	}
	//解锁
	lock.Unlock()

全局变量加锁时使用了time.Sleep(time.Second * 2)使所有数据写入完毕，但是实际上主线程是不知道程序写入完毕，在实际中可以会出现一边读一边写入的问题，如果还没写完就在读就会出现脏读，幻读，重复都等问题。因此读写都是需要加锁。

全局锁是不完美了，主线程并不知道全部写入需要多长时间，所以无法设置等待时间（等数据写完），若线程很多，对全局变量读写会很复杂，Go提供了新的通讯方式管道channel来解决这些问题。

channel管道

单纯的并发是没有意义的，并发的线程应该是同一为主进程服务的，就需要数据的共享，数据共享时不同线程的数据的操作不同，因此容易造成错误。Go除了锁还提供了goroutine来解决这一问题。

channel是一个队列，数据总是先进先出，因此是线程安全的，多goroutine时，无需加锁。在goroutine操作时数据经过处理进入channel，该数据一直为本次的线程服务，除非线程结束放行数据。（先进先出，上一个不走下一个出不去）

  • 声明

var 变量名 chan 数据类型
channel是引用类型，必须初始化才能写入数据，管道也是有类型的。声明管道后必须通过make关键字初始化才可以使用，否则会报错。

var intchan chan int

intchan = make(chan int, 3)

在这里插入图片描述

  • 写入数据

管道通过<-符号插入数据

intchan <- 10
num := 100
intchan <- num
  • 容积

channel放入数据后会有两个长度，容积cap和长度len，分别表示定义的chan的大小和当前chan存储的元素的个数。

//查看容量和数据长度
println(cap(intchan))
println(len(intchan))

管道的容积在定义时就声明了，后续不会再发生变化。但是存储数据的长度会随着元素的存入和取出发生变化。

  • 管道取值
item1 := <-intchan

管道的取值和管道存数据使用的符号一致<-，知识顺序反转，表示取出数据。

item1 := <-intchan

println(item1)
print(len(intchan))

管道在是一个队列数据结构，在存放数据是是先进先出。

func test2() {
	var intChan chan int

	intChan = make(chan int, 5)

	var aList []int
	aList = append(aList, 1, 2, 3, 4, 5)
	//print(aList[0])

	intChan <- aList[0]
	intChan <- aList[3]
	intChan <- aList[4]

	a := <-intChan
	b := <-intChan
	c := <-intChan

	fmt.Printf("set data %d-%d-%d,but get data %d-%d-%d", aList[0], aList[3], aList[4], a, b, c)

}

在这里插入图片描述

使用channel时，只能存放指定的数据类型；达到数据的容积后就不能在存放数据了；取出最后一个数后也不能在取数据否则会报错。

//map类型的数据

func mapChan() {
	var mapChan chan map[string]string

	mapChan = make(chan map[string]string, 5)

	a := map[string]string{
		"1": "北极",
		"2": "南极",
	}

	mapChan <- a

	var b map[string]string
	b = <-mapChan
	print(b["1"])
}

//结构体类型

func structChan() {

	structChan := make(chan Person, 3)

	per := Person{
		1,
		"xiaoxu",
		"男",
		18,
	}

	structChan <- per

	a := <-structChan

	fmt.Print(a)

}

除了上面两种最主要的数据类型外channel也支持接口类型。

  • channel的遍历和关闭

chanen也是可以关闭的，Go语言提供了内置函数close来关闭管道。

在这里插入图片描述

close(structChan)

遍历时需要关闭管道，否则会报死锁的错误。

func bainli() {
	var intChan = make(chan int, 101)
	for i := 0; i < 10; i++ {
		intChan <- i
	}

	close(intChan)

	for item := range intChan {
		fmt.Println(item)
	}
}

管道应用，使用管道读取数据。

func main() {

	intchan := make(chan int, 5)
	
	go writeData(intchan)
	go readData(intchan)

	time.Sleep(time.Second * 2)

}

func writeData(intChan chan int) {
	for i := 0; i < 10; i++ {
		intChan <- i
	}
	close(intChan)
}

func readData(intChan chan int) {
	for {
		a, ok := <-intChan
		if ok {
			fmt.Println(a)
		} else {
			fmt.Println("读取完毕")
			break
		}
	}

}

在上面的管道中，数据读取

在这里插入图片描述

读管道哥写入管道的数据不一样，但是必须双方都存在。

线程应用

在goroutine和channel后，实现并发就需要将两者结合，实现并行或并发。

判断10000一类的所有素数？并将素数相加

上述问题无并发操作的实现方案是通过for循环

go中通过goroutine的实现并发更快捷

package main

import (
	"fmt"
	"time"
)

func main() {
	intchan := make(chan int, 100)
	var sum int = 0
	//start := time.Now().UnixMilli()

	write(intchan, 80)
	read(intchan, sum)
	//end := time.Now().UnixMilli() - start
	//fmt.Println("执行时间(微秒)", end)
	// fmt.Println("last sum is :", sum)
	time.Sleep(time.Second * 3)

}

func write(dataChan chan int, n int) {
	for i := 1; i < n; i++ {
		dataChan <- i
		fmt.Println("写入数据", i)
	}
	close(dataChan)
}

func read(data chan int, sun int) {
	sun = 0
	for item := range data {
		if sushu(item) != 0 {
			sun += item
			fmt.Println("读取数据", item)

		} else {
			continue
		}

	}
}

func sushu(a int) int {
	for i := 2; i < a; i++ {
		if a%i != 0 {
			a = a
		} else {
			a = 0
		}
	}
	return a
}

线程一定要为主线程或者进程服务不然该线程就没有意义。

成功读取大素数

在这里插入图片描述

//将主函数不用多线程执行，并记录执行时间，改到基数
func main() {
	intchan := make(chan int, 100005)
	var sum int = 0
	start := time.Now().UnixMilli()

	write(intchan, 100000)
	read(intchan, sum)
	end := time.Now().UnixMilli() - start
	fmt.Println("执行时间(微秒)", end)
	// fmt.Println("last sum is :", sum)
	time.Sleep(time.Second * 10)

}

在不用线程的情况下执行时间如下图

在这里插入图片描述

对函数改造记录执行执行，对于线程来说由资源调度完成需要记录线程开始的时间，和主线程开始的时间，用于比较，分别记录各线程执行时间哥主线程执行时间。

package main

import (
	"fmt"
	"time"
)

func main() {
	start := time.Now().UnixMilli()
	intchan := make(chan int, 100005)
	var sum int = 0

	fmt.Println("主线程开始时间", time.Now().UnixMilli())
	go write(intchan, 100000)
	go read(intchan, sum)

	mix := time.Now().UnixMilli() - start
	fmt.Println("执行时间(微秒)", mix)
	time.Sleep(time.Second * 2)

}

func write(dataChan chan int, n int) {
	fmt.Println("写入线程开始时间", time.Now().UnixMilli())
	start := time.Now().UnixMilli()
	for i := 1; i < n; i++ {
		dataChan <- i
		//fmt.Println("写入数据", i)
	}
	close(dataChan)
	end := time.Now().UnixMilli()
	fmt.Println("写入线程执行时间", end-start)
}

func read(data chan int, sun int) {
	fmt.Println("读取线程开始时间", time.Now().UnixMilli())
	start := time.Now().UnixMilli()
	sun = 0
	for item := range data {
		if sushu(item) != 0 {
			sun += item
			//fmt.Println("读取数据", item)

		} else {
			continue
		}

	}
	end := time.Now().UnixMilli()
	fmt.Println("读取线程执行时间", end-start)
}

func sushu(a int) int {
	for i := 2; i < a; i++ {
		if a%i != 0 {
			a = a
		} else {
			a = 0
		}
	}
	return a
}

在这里插入图片描述
对于改造后的函数执行100000个素数查找，由上图可知读取线程和写入线程同时开启，它们的执行时间各有不同，根据打印显示主线程执行时间为1微妙，写入时间为1微妙，读取的长一点为1670微妙，由于主线程休眠了2秒因此读取线程也正常完成。对比单线程的执行时间块了近5倍。

进程是面向操作系统的，线程是面向程序的。

在上述程序中让主函数休眠2分钟time.Sleep(time.Second * 120)，在windows的任务管理中能够看到这个进程。

在这里插入图片描述

在一个程序中mian函数为程序的入口，运行的所有程序构成一个进程，在一个进程中默认会有一个主要的线程，线程必须运行在进程中。（操作系统的线程与进程）。

每个线程都为进程服务，因此线程的数据必须是共享的，而且是线程安全的，在程序中全局变量为共享的变量，因此如果只用全局变量的话就要涉及安全锁的问题，而Go语言中设计的channel就是为了解决共享数据的问题，从上述程序中可以看出，在使用通道channel是，读写分别对线程操作，并且使用锁的问题，而且其本身也是线程安全的。

甚至为了更快多开几个线程写入数和读取数据，写入方法改造，多线程分段写入。

func write(dataChan chan int, left, right int) {
	fmt.Println("写入线程开始时间", time.Now().UnixMilli())
	start := time.Now().UnixMilli()
	for i := left; i < right; i++ {
		dataChan <- i
		//fmt.Println("写入数据", i)
	}
	//close(dataChan)
	end := time.Now().UnixMilli()
	fmt.Println("写入线程执行时间", end-start)
}

//多线程写入
go write(intchan, 1, 100000)
go write(intchan, 100001, 200000)

管道是线程安全的，一定是上一个写完，下一个才可以写入，因此线程对数据的写入顺序无法判断，但唯一确定的是，写入完成后，一定存在1~200000这些数。

管道的读取也是如此，因为管道是队列的数据结构，先入队的必须先出队才可以读取下一个数据。因此多线读取数据也是安全的。

线程尽量使用defer和recover处理错误，以免程序故障。

//匿名函数处理错误
defer func ()  {
	err:= recover()
	if err != nil{
		fmt.Println("err",err)
	}
}()

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