【Go笔记】第 16 章 goroutine 和 channel
# 16.1 goroutine-看一个需求
🏷 需求:要求统计 1-9000000000 的数字中,哪些是素数? 🏷 分析思路:
- 传统的方法,就是使用一个循环,循环的判断各个数是不是素数。[很慢]
- 使用并发或者并行的方式,将统计素数的任务分配给多个 goroutine 去完成,这时就会使用到 goroutine.【速度提高 4 倍】
# 16.2 goroutine-基本介绍
# 16.2.1 进程和线程介绍
- 进程就是程序程序在操作系统中的一次执行过程,是系统进行资源分配和调度的基本单位
- 线程是进程的一个执行实例,是程序执行的最小单元,它是比进程更小的能独立运行的基本单位。
- 一个进程可以创建核销毁多个线程,同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
# 16.2.2 程序、进程和线程的关系示意图
# 16.2.3 并发和并行
🏷 并发和并行
- 多线程程序在单核上运行,就是并发
- 多线程程序在多核上运行,就是并行
- 示意图:
🏷 小结 并发:因为是在一个cpu上,比如有10个线程,每个线程执行10毫秒(进行轮询操作),从人的角度看,好像这10个线程都在运行,但是从微观上看,在某一个时间点看,其实只有一个线程在执行,这就是并发。
并行:因为是在多个cpu上(比如有10个cpu),比如有10个线程,每个线程执行10毫秒(各自在不同cpu上执行),从人的角度看,这10个线程都在运行,但是从微观上看,在某一个时间点看,同时也有10个线程在执行,这就是并行
# 16.2.4 Go 协程和 Go 主线程
🏷 Go 主线程(有程序员直接称为线程/也可以理解成进程): 一个 Go 线程上,可以起多个协程,你可以这样理解,协程是轻量级的线程[编译器做优化]
。
🏷 Go 协程的特点
- 有独立的栈空间
- 共享程序堆空间
- 调度由用户控制
- 协程是轻量级的线程
🏷 一个示意图
# 16.3 goroutine-快速入门
# 16.3.1 案例说明
🏷 请编写一个程序,完成如下功能:
- 在主线程(可以理解成进程)中,开启一个 goroutine, 该协程每隔 1 秒输出 "hello,world"
- 在主线程中也每隔一秒输出"hello,golang", 输出 10 次后,退出程序
- 要求主线程和 goroutine 同时执行.
- 画出 主线程和协程执行流程图
🏷 代码实现
package main
import (
"fmt"
"strconv" "time")
//编写一个函数,每隔1秒输出"he11o,wor1d”
func test() {
for i := 1; i <= 10; i++ {
fmt.Println("tesst (hello,world " + strconv.Itoa(i))
time.Sleep(time.Second)
}
}
func main() {
go test() //1 开启了一个协程
for i := 1; i <= 10; i++ {
fmt.Println("main()hello,golang" + strconv.Itoa(i))
time.Sleep(time.Second)
}
}
//输出的效果说明, main 这个主线程和 test 协程同时执行.
/**
main()hello,golang1
tesst (hello,world 1
main()hello,golang2
tesst (hello,world 2
tesst (hello,world 3
main()hello,golang3
main()hello,golang4
tesst (hello,world 4
tesst (hello,world 5
main()hello,golang5
tesst (hello,world 6
main()hello,golang6
main()hello,golang7
tesst (hello,world 7
main()hello,golang8
tesst (hello,world 8
tesst (hello,world 9
main()hello,golang9
main()hello,golang10
tesst (hello,world 10
**/
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🏷 主线程和协程执行流程图
# 16.3.2 快速入门小结
- 主线程是一个物理线程,直接作用在 cpu 上的。是重量级的,非常耗费 cpu 资源。
- 协程从主线程开启的,是轻量级的线程,是逻辑态。对资源消耗相对小。
- Golang 的协程机制是重要的特点,可以轻松的 开启上万个协程。其它编程语言的并发机制是一般基于线程的,开启过多的线程,资源耗费大,这里就突显 Golang 在并发上的优势了
# 16.4 goroutine 的调度模型
# 16.4.1 MPG 模式基本介绍
# 16.4.2 MPG 模式运行的状态 1
# 16.4.3 MPG 模式运行的状态 2
# 16.5 设置 Golang 运行的 cpu 数
🏷 介绍:为了充分了利用多 cpu 的优势,在 Golang 程序中,设置运行的 cpu 数目
package main
import (
"fmt"
"runtime")
func main() {
//获取当前系统cpu的数量
num := runtime.NumCPU()
//我这里设置num-1的cpu运行go程序
runtime.GOMAXPROCS(num)
fmt.Println("num=", num)
}
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- g01.8后,默认让程序运行在多个核上,可以不用设置了
- go1.8前,还是要设置一下,可以更高效的利益cpu
# 16.6 channel(管道)-看个需求
需求:现在要计算 1-200 的各个数的阶乘,并且把各个数的阶乘放入到 map 中。最后显示出来。 要求使用 goroutine 完成 🏷 分析思路:
- 使用 goroutine 来完成,效率高,但是会出现并发/并行安全问题.
- 这里就提出了不同 goroutine 如何通信的问题
🏷 代码实现
- 使用 goroutine 来完成(看看使用 gorotine 并发完成会出现什么问题? 然后我们会去解决)
- 在运行某个程序时,如何知道是否存在资源竞争问题。 方法很简单,在编译该程序时,增加一个参数 -race 即可 [示意图]
- 代码实现:
package main
import (
"fmt"
"time")
// 需求:现在要计算 1-200 的各个数的阶乘,并且把各个数的阶乘放入到 map 中。
// 最后显示出来。要求使用 goroutine 完成
// 思路
// 1. 编写一个函数,来计算各个数的阶乘,并放入到 map 中.
// 2. 我们启动的协程多个,统计的将结果放入到 map 中
// 3. map 应该做出一个全局的.
var (
myMap = make(map[int]int, 10)
)
// test 函数就是计算 n!, 让将这个结果放入到 myMap
func test(n int) {
res := 1
for i := 1; i <= n; i++ {
res *= i
}
//这里我们将 res 放入到 myMap myMap[n] = res //concurrent map writes?
}
func main() {
// 我们这里开启多个协程完成这个任务[200 个]
for i := 1; i <= 200; i++ {
go test(i)
}
//休眠 10 秒钟【第二个问题 】
time.Sleep(time.Second * 10)
//这里我们输出结果,变量这个结果
for i, v := range myMap {
fmt.Printf("map[%d]=%d\n", i, v)
}
}
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- 示意图:
# 16.6.1 不同 goroutine 之间如何通讯
- 全局变量的互斥锁
- 使用管道 channel 来解决
# 16.6.2 使用全局变量加锁同步改进程序
🏷 因为没有对全局变量 m 加锁,因此会出现资源争夺问题,代码会出现错误,提示 concurrent map writes 🏷 解决方案:加入互斥锁 🏷 我们的数的阶乘很大,结果会越界,可以将求阶乘改成 sum += uint64(i) 🏷 代码改进
package main
import (
"fmt"
"sync" "time")
// 需求:现在要计算 1-200 的各个数的阶乘,并且把各个数的阶乘放入到 map 中。
// 最后显示出来。要求使用 goroutine 完成
// 思路
// 1. 编写一个函数,来计算各个数的阶乘,并放入到 map 中.
// 2. 我们启动的协程多个,统计的将结果放入到 map 中
// 3. map 应该做出一个全局的.
var (
myMap = make(map[int]int, 10)
//声明一个全局的互斥锁
//1ock是一个全局的互斥锁
//sync是包:synchornized同步
//Mutex:是互斥
lock sync.Mutex
)
// test 函数就是计算 n!, 让将这个结果放入到 myMap
func test(n int) {
res := 1
for i := 1; i <= n; i++ {
res *= i
}
//这里我们将 res 放入到 myMap //加锁
lock.Lock()
myMap[n] = res //concurrent map writes?
//解锁
lock.Unlock()
}
func main() {
// 我们这里开启多个协程完成这个任务[200 个]
for i := 1; i <= 200; i++ {
go test(i)
}
//休眠 10 秒钟【第二个问题 】
time.Sleep(time.Second * 10)
lock.Lock()
//这里我们输出结果,变量这个结果
for i, v := range myMap {
fmt.Printf("map[%d]=%d\n", i, v)
}
lock.Unlock()
}
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# 16.6.3 为什么需要 channel
- 前面使用全局变量加锁同步来解决 goroutine 的通讯,但不完美
- 主线程在等待所有 goroutine 全部完成的时间很难确定,我们这里设置 10 秒,仅仅是估算。
- 如果主线程休眠时间长了,会加长等待时间,如果等待时间短了,可能还有 goroutine 处于工作 状态,这时也会随主线程的退出而销毁
- 通过全局变量加锁同步来实现通讯,也并不利用多个协程对全局变量的读写操作。
- 上面种种分析都在呼唤一个新的通讯机制-channel
# 16.6.4 channel 的基本介绍
- channle 本质就是一个数据结构-队列【示意图】
- 数据是先进先出【FIFO : first in first out】
- 线程安全,多 goroutine 访问时,不需要加锁,就是说 channel 本身就是线程安全的
- channel 有类型的,一个 string 的 channel 只能存放 string 类型数据。
- 示意图:
# 16.6.5 定义/声明 channel
🏷 var 变量名 chan 数据类型 🏷 举例:
var intChan chan int (intChan 用于存放 int 数据)
var mapChan chan map[int]string (mapChan 用于存放 map[int]string 类型)
var perChan chan Person
var perChan2 chan *Person
...
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🏷 说明 channel 是引用类型 channel 必须初始化才能写入数据, 即 make 后才能使用 管道是有类型的,intChan 只能写入 整数 int
# 16.6.6 管道的初始化,写入数据到管道,从管道读取数据及基本的注意事项
package main
import (
"fmt"
)
func main() {
//演示一下管道的使用
//1. 创建一个可以存放 3 个 int 类型的管道
var intChan chan int
intChan = make(chan int, 3)
//2. 看看 intChan 是什么
fmt.Printf("intChan 的值=%v intChan 本身的地址=%p\n", intChan, &intChan)
//3. 向管道写入数据
intChan <- 10
num := 211
intChan <- num
intChan <- 50
// intChan<- 98//注意点, 当我们给管写入数据时,不能超过其容量
//4. 看看管道的长度和 cap(容量)
fmt.Printf("channel len= %v cap=%v \n", len(intChan), cap(intChan)) // 3, 3
//5. 从管道中读取数据
var num2 int
num2 = <-intChan
fmt.Println("num2=", num2)
fmt.Printf("channel len= %v cap=%v \n", len(intChan), cap(intChan)) // 2, 3
//6. 在没有使用协程的情况下,如果我们的管道数据已经全部取出,再取就会报告 deadlock num3 := <-intChan
num4 := <-intChan
num5 := <-intChan
fmt.Println("num3=", num3, "num4=", num4, "num5=", num5)
}
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# 16.6.7 channel 使用的注意事项
- channel 中只能存放指定的数据类型
- channle 的数据放满后,就不能再放入了
- 如果从 channel 取出数据后,可以继续放入
- 在没有使用协程的情况下,如果 channel 数据取完了,再取,就会报 dead lock
# 16.6.8 读写 channel 案例演示
- 创建一个intChan,最多可以存放3个int,演示存3数据到intChan,然后再取出这三个int
package main
import (
"fmt"
)
func main() {
var intchan chan int
intchan = make(chan int, 3)
intchan <- 10
intchan <- 20
intchan <- 10
//因为intchan的容量为3,再存放会报告dead1ock
//intchan <-50 num1 := <-intchan
num2 := <-intchan
num3 := <-intchan
//因为intchan这时已经没有数据了,再取就会报告deadLock
//num4 :=<-intchan fmt.Printf("numl=%v num2=%v num3=%v", num1, num2, num3)
}
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- 创建一个mapChan,最多可以存放10个map[string]string的key-val,演示写入和读取
package main
func main() {
var mapchan chan map[string]string
mapchan = make(chan map[string]string, 10)
m1 := make(map[string]string, 20)
m1["city1"] = "北京"
m1["c1ty2"] = "天津"
m2 := make(map[string]string, 20)
m2["hero1"] = "宋江"
m2["hero2"] = "武松"
//...
mapchan <- m1
mapchan <- m2
}
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- 创建一个catChan,最多可以存放10个Cat结构体变量,演示写入和读取的用法
package main
import "fmt"
type Cat struct {
Name string
Age int
Color string
Hobby string
}
func main() {
var catChan chan Cat
catChan = make(chan Cat, 10)
cat1 := Cat{Name: "tom", Age: 18}
cat2 := Cat{Name: "tom~", Age: 180}
catChan <- cat1
catChan <- cat2
//取出
cat11 := <-catChan
cat22 := <-catChan
fmt.Println(cat11, cat22)
}
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- 创建一个catChan:2,最多可以存放10个
*Cat
变量,演示写入和读取的用法
package main
import "fmt"
type Cat struct {
Name string
Age int
Color string
Hobby string
}
func main() {
var catchan chan *Cat
catchan = make(chan *Cat, 10)
cat1 := Cat{Name: "tom", Age: 18}
cat2 := Cat{Name: "tom~", Age: 180}
catchan <- &cat1
catchan <- &cat2
//取出
cat11 := <-catchan
cat22 := <-catchan
fmt.Println(cat11, cat22)
}
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- 创建一个allChan,, 最多可以存放10个任意数据类型变量,演示写入和读取的用法
package main
import "fmt"
type Cat struct {
Name string
Age int
Color string
Hobby string
}
func main() {
var allchan chan interface{}
allchan = make(chan interface{}, 10)
cat1 := Cat{Name: "tom", Age: 18}
cat2 := Cat{Name: "tom", Age: 180}
allchan <- cat1
allchan <- cat2
allchan <- 10
allchan <- "jack"
//取出
catil := <-allchan
cat22 := <-allchan
v1 := <-allchan
v2 := <-allchan
fmt.Println(catil, cat22, v1, v2)
}
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6)看下面的代码会输出什么?
package main
import "fmt"
type Cat struct {
Name string
Age int
Color string
Hobby string
}
func main() {
var allchan chan interface{}
allchan = make(chan interface{}, 10)
cat1 := Cat{Name: "tom", Age: 18}
cat2 := Cat{Name: "tom~", Age: 180}
allchan <- cat1
allchan <- cat2
allchan <- 10
allchan <- "jack"
//取出
//cat11 := <-allchan
//fmt.Println(cat11.Name) //报错
newcat := <-allchan //从管道中取出的cat是什么?
fmt.Printf("newcat=%T,newcat=%v\n", newcat, newcat)
//下面的写法是错误的!编译不通过
//fmt.Printf("newcat.Name=%v",newcat.Name)
//使用类型断言
a := newcat.(Cat)
fmt.Printf("newcat.Name=%v", a.Name)
}
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# 16.7 管道的课后练习题
读写channel课堂练习/课后练习 说明:请完成如下案例 1)创建一个Person结构体[Name,Age,Address] 2)使用rand方法配合随机创建10个Person实例,并放入到channel中 3)遍历channel,将各个Person实例的信息显示在终端.
# 16.8 channel 的遍历和关闭
# 16.8.1 channel 的关闭
使用内置函数 close 可以关闭 channel, 当 channel 关闭后,就不能再向 channel 写数据了,但是仍然可以从该 channel 读取数据 案例演示:
package main
import "fmt"
func main() {
intchan := make(chan int, 3)
intchan <- 100
intchan <- 200
close(intchan) //close
//这是不能够再写入数到channel
//intchan<-300 fmt.Println("okook~")
//当管道关闭后,读取数据是可以的
n1 := <-intchan
fmt.Println("ni=", n1)
}
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# 16.8.2 channel 的遍历
channel 支持 for--range 的方式进行遍历,请注意两个细节
- 在遍历时,如果 channel 没有关闭,则回出现 deadlock 的错误
- 在遍历时,如果 channel 已经关闭,则会正常遍历数据,遍历完后,就会退出遍历。
# 16.8.3 channel 遍历和关闭的案例演示
看代码演示:
package main
import "fmt"
func main() {
//遍历管道
intchan2 := make(chan int, 100)
for i := 0; i < 100; i++ {
intchan2 <- i * 2 //放入18g个数据到管道
}
//遍历管道不能使用普通的for循环
//for i:=0;i<len(intchan2);i++{}
//在遍历时,如果channe1没有关闭,则会出现deadlock的错误
//在遍历时,如果channe1已经关闭,则会正常遍历效据,遍历完后,就会退出遍历
close(intchan2)
for v := range intchan2 {
fmt.Println("v=", v)
}
}
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# 16.8.4 应用实例 1
请完成goroutine和channelf协同工作的案例,具体要求: 1)开启一个writeData协程,向管道intChan中写入50个整数 2)开启一个readData协程,从管道intChan中读取writeData写入的数据。 3)注意:writeData和readDate?操作的是同一个管道 4)主线程需要等待writeData和readDate协程都完成工作才能退出【管道】
🏷 思路分析:
🏷 代码的实现:
package main
import (
"fmt"
_ "time"
)
//write Data
func writeData(intChan chan int) {
for i := 1; i <= 50; i++ {
//放入数据
intChan <- i
fmt.Println("writeData ", i)
//time.Sleep(time.Second)
}
close(intChan) //关闭
}
//read data
func readData(intChan chan int, exitChan chan bool) {
for {
v, ok := <-intChan
if !ok {
break
}
//time.Sleep(time.Second)
fmt.Printf("readData 读到数据=%v\n", v)
}
//readData 读取完数据后,即任务完成
exitChan <- true
close(exitChan)
}
func main() {
//创建两个管道
intChan := make(chan int, 50)
exitChan := make(chan bool, 1)
go writeData(intChan)
go readData(intChan, exitChan)
//time.Sleep(time.Second * 10)
for {
_, ok := <-exitChan
if !ok {
break
}
}}
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# 16.8.5 应用实例 2-阻塞
# 16.8.6 应用实例 3
🏷 需求: 要求统计 1-200000 的数字中,哪些是素数?这个问题在本章开篇就提出了,现在我们有 goroutine 和 channel 的知识后,就可以完成了 [测试数据: 80000]
🏷 分析思路: 传统的方法,就是使用一个循环,循环的判断各个数是不是素数【ok】。 使用并发/并行的方式,将统计素数的任务分配给多个(4 个)goroutine 去完成,完成任务时间短。
🏷 画出分析思路
🏷 代码实现
package main
import (
"fmt"
"time")
//向 intChan 放入 1-8000 个数
func putNum(intChan chan int) {
for i := 1; i <= 8000; i++ {
intChan <- i
}
//关闭 intChan close(intChan)
}
// 从 intChan 取出数据,并判断是否为素数,如果是,就
// //放入到 primeChanfunc primeNum(intChan chan int, primeChan chan int, exitChan chan bool) {
//使用 for 循环
// var num int
var flag bool //
for {
time.Sleep(time.Millisecond * 10)
num, ok := <-intChan
if !ok { //intChan 取不到..
break
}
flag = true //假设是素数
//判断 num 是不是素数
for i := 2; i < num; i++ {
if num%i == 0 { //说明该 num 不是素数
flag = false
break
}
} if flag {
//将这个数就放入到 primeChan primeChan <- num
}
} fmt.Println("有一个 primeNum 协程因为取不到数据,退出")
//这里我们还不能关闭 primeChan //向 exitChan 写入 true exitChan <- true
}
func main() {
intChan := make(chan int, 1000)
primeChan := make(chan int, 2000) //放入结果
//标识退出的管道
exitChan := make(chan bool, 4) // 4 个
//开启一个协程,向 intChan 放入 1-8000 个数
go putNum(intChan)
//开启 4 个协程,从 intChan 取出数据,并判断是否为素数,如果是,就
//放入到 primeChan for i := 0; i < 4; i++ {
go primeNum(intChan, primeChan, exitChan)
}
//这里我们主线程,进行处理
//直接
go func() {
for i := 0; i < 4; i++ {
<-exitChan
}
//当我们从 exitChan 取出了 4 个结果,就可以放心的关闭 prprimeChan close(primeChan)
}()
//遍历我们的 primeChan ,把结果取出
for {
res, ok := <-primeChan
if !ok {
break
}
//将结果输出
fmt.Printf("素数=%d\n", res)
}
fmt.Println("main 线程退出")
}
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结论:使用 go 协程后,执行的速度,比普通方法提高至少 4 倍
# 16.9 channel 使用细节和注意事项
- channel 可以声明为只读,或者只写性质 【案例演示】
package main
import "fmt"
func main() {
//管道可以声明为只读或者只写
//1.在默认情况下下,管道是双向
//var chan1 chan int//可读可写
//2声明为只写
var chan2 chan<- int
chan2 = make(chan int, 3)
chan2 <- 20
//num :=<-chan2 //error
fmt.Println("chan2=", chan2)
//3.声明为只读
var chan3 <-chan int
num2 := <-chan3
//chan3<-30 //err
fmt.Println("num2", num2)
}
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channel 只读和只写的最佳实践案例
使用 select 可以解决从管道取数据的阻塞问题
package main
import (
"fmt"
"time")
func main() {
//使用 select 可以解决从管道取数据的阻塞问题
//1.定义一个管道 10 个数据 int intChan := make(chan int, 10)
for i := 0; i < 10; i++ {
intChan <- i
}
//2.定义一个管道 5 个数据 string stringChan := make(chan string, 5)
for i := 0; i < 5; i++ {
stringChan <- "hello" + fmt.Sprintf("%d", i)
}
//传统的方法在遍历管道时,如果不关闭会阻塞而导致 deadlock //问题,在实际开发中,可能我们不好确定什么关闭该管道.
//可以使用 select 方式可以解决
//label:
for {
select {
//注意: 这里,如果 intChan 一直没有关闭,不会一直阻塞而 deadlock //,会自动到下一个 case 匹配
case v := <-intChan:
fmt.Printf("从 intChan 读取的数据%d\n", v)
time.Sleep(time.Second)
case v := <-stringChan:
fmt.Printf("从 stringChan 读取的数据%s\n", v)
time.Sleep(time.Second)
default:
fmt.Printf("都取不到了,不玩了, 程序员可以加入逻辑\n")
time.Sleep(time.Second)
return
//break label
}
}}
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- goroutine 中使用 recover,解决协程中出现 panic,导致程序崩溃问题
package main
import (
"fmt"
"time")
//函数
func sayHello() {
for i := 0; i < 10; i++ {
time.Sleep(time.Second)
fmt.Println("hello,world")
}
}
//函数
func test() {
//这里我们可以使用 defer + recover defer func() {
//捕获 test 抛出的 panic if err := recover(); err != nil {
fmt.Println("test() 发生错误", err)
}
}()
//定义了一个 map var myMap map[int]string
myMap[0] = "golang" //error
}
func main() {
go sayHello()
go test()
for i := 0; i < 10; i++ {
fmt.Println("main() ok=", i)
time.Sleep(time.Second)
}
}
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