GoLang并發(fā)控制（上）
在go程序中跛璧，最被人所熟知的便是并發(fā)特性烧给，一方面有g(shù)oroutine這類二級(jí)線程兄渺，對(duì)這種不處于用戶態(tài)的go程的支持趋厉，另一方面便是對(duì)并發(fā)編程的簡(jiǎn)便化寨闹，可以快捷穩(wěn)定的寫出支持并發(fā)的程序。
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先回顧進(jìn)程or線程之間的通信方式
inte-process communication(IPC)
其中Go支持的IPC方法有管道君账、信號(hào)和socket繁堡。篇(shui)幅(ping)有限，一張圖引入回憶杈绸。
ipc圖解.jpg
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并發(fā)和并行
簡(jiǎn)單來(lái)講 并發(fā)就是可同時(shí)發(fā)起執(zhí)行的程序帖蔓，并行就是可以在支持并行的硬件上執(zhí)行的并發(fā)程序；換句話說(shuō)瞳脓，并發(fā)程序代表了所有可以實(shí)現(xiàn)并發(fā)行為的程序塑娇，這是一個(gè)比較寬泛的概念，并行程序也只是他的一個(gè)子集劫侧。 這個(gè)問(wèn)題在知乎筆試中出現(xiàn)過(guò)埋酬，并行和并發(fā)不是一個(gè)概念哨啃。
復(fù)習(xí)過(guò)過(guò)去的基礎(chǔ)知識(shí)后，進(jìn)入主題写妥。
開發(fā)go程序拳球，不管是系統(tǒng)性的k8s平臺(tái)，還是基于傳統(tǒng)的web開發(fā)珍特，都常常使用goroutine來(lái)并發(fā)處理任務(wù)祝峻，有時(shí)候goroutine之間是相互獨(dú)立的，但是也有時(shí)候goroutine之間是需要同步和通信的扎筒；另一種情況是父goroutine需要控制屬于他的子goroutine莱找。而goroutine的設(shè)計(jì)機(jī)制為，goroutine退出只能由本身進(jìn)行控制嗜桌，不同與傳統(tǒng)的用戶態(tài)協(xié)程奥溺，不允許從外部強(qiáng)制結(jié)束該goroutine，除非goroutine奔潰或者main函數(shù)結(jié)束骨宠。目前實(shí)現(xiàn)多個(gè)goroutine間的同步與通信大致有：
- 全局共享變量
- channel管道通信 ---CSP模型
- context包 ---在1.7版本后引入
全局共享變量：
實(shí)現(xiàn)思路為：
- 申明一個(gè)全局變量浮定。
- 在這個(gè)全局變量作用域中，開啟多個(gè)go程层亿，多個(gè)go程實(shí)際上是共享這個(gè)全局變量桦卒。
- 開啟的多個(gè)go程實(shí)現(xiàn)循環(huán)，不斷的監(jiān)聽這個(gè)全局變量的情況匿又，若全局變量屬性觸發(fā)一定條件闸盔，跳出循環(huán)，按串行順序執(zhí)行到該go程結(jié)尾琳省，go程生命周期結(jié)束迎吵。
代碼示例：
package main
import (
"fmt"
"time"
)
func main() {
running := true
f := func() {
for running { //控制的全局共享變量
fmt.Println("sub proc running...")
time.Sleep(1 * time.Second)
}
fmt.Println("sub proc exit")
}
go f()
go f()
go f()
time.Sleep(2 * time.Second)
running = false //全局共享變量改變
time.Sleep(3 * time.Second)
fmt.Println("main proc exit")
}
- 優(yōu)點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，不抽象针贬，直白方便击费，一個(gè)變量即可簡(jiǎn)單控制子goroutine的進(jìn)行。
- 缺點(diǎn):
- 不能適應(yīng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的設(shè)計(jì)桦他，功能有限蔫巩，只能適用于子go程中讀，外主程或父go程來(lái)寫全局變量快压，若子go程中進(jìn)行寫圆仔，會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)同步問(wèn)題，需要加鎖解決蔫劣，不加鎖面對(duì)map這類線程不安全的結(jié)構(gòu)會(huì)報(bào)錯(cuò)坪郭。
- 還有不適合用于同級(jí)的子go程間的通信，全局變量傳遞的信息太少脉幢。
- 還有就是主進(jìn)程無(wú)法等待所有子goroutine退出歪沃，因?yàn)檫@種方式只能是單向通知嗦锐，所以這種方法只適用于非常簡(jiǎn)單的邏輯且并發(fā)量不太大的場(chǎng)景。
channel通信
首先解釋golang中的channel：channel是go中的核心部分之一沪曙，結(jié)構(gòu)體簡(jiǎn)單概括就是一個(gè)ring隊(duì)列+一個(gè)鎖 有興趣的同學(xué)可以去研究一下源碼構(gòu)建奕污。在使用中可以將channel看做管道，通過(guò)channel迸發(fā)執(zhí)行的go程之間就可以發(fā)送或者接受數(shù)據(jù)液走，從而對(duì)并發(fā)邏輯進(jìn)行控制碳默。
go的channel的設(shè)計(jì)是建立在CSP(Communicating Sequential Process)，中文可以叫做通信順序進(jìn)程缘眶，是一種并發(fā)編程模型腻窒，由 Tony Hoare 于 1977 年提出。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)磅崭，CSP 模型由并發(fā)執(zhí)行的實(shí)體（線程或者進(jìn)程）所組成，實(shí)體之間通過(guò)發(fā)送消息進(jìn)行通信瓦哎，這里發(fā)送消息時(shí)使用的就是通道砸喻，或者叫 channel。CSP 模型的關(guān)鍵是關(guān)注 channel蒋譬，而不關(guān)注發(fā)送消息的實(shí)體割岛。Go 語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)了 CSP 部分理論，goroutine 對(duì)應(yīng) CSP 中并發(fā)執(zhí)行的實(shí)體犯助，channel 也就對(duì)應(yīng)著 CSP 中的 channel癣漆。 也就是說(shuō)，CSP 描述這樣一種并發(fā)模型：多個(gè)Process 使用一個(gè) Channel 進(jìn)行通信, 這個(gè) Channel 連結(jié)的 Process 通常是匿名的剂买，消息傳遞通常是同步的（有別于 Actor Model）惠爽。
設(shè)計(jì)思路：
- 創(chuàng)建一個(gè)sync包中WaitGroup實(shí)例 var wg sync.WaitGroup
- 創(chuàng)建一個(gè)chan，負(fù)責(zé)控制go程退出
- 在每一個(gè)go程被創(chuàng)建前瞬哼，執(zhí)行注冊(cè). wg.Add(1)
- 創(chuàng)建go后婚肆，在go程中監(jiān)聽信號(hào)chan能否收到，使用select機(jī)制（和io多路復(fù)用相似）
- runtime主程 直接關(guān)閉chan坐慰，也可以選擇發(fā)送信號(hào)量较性。通知子go程結(jié)束循環(huán)，結(jié)束go程
- go程調(diào)用 wg.Done()注銷后再退出结胀，所以在進(jìn)行g(shù)o程 使用defer赞咙，go程退出執(zhí)行。
- wg.Wait() 在注冊(cè)的所有信息注銷后才繼續(xù)執(zhí)行下一步糟港。原理是實(shí)現(xiàn)一個(gè)for死循環(huán)攀操，在注冊(cè)的值消耗完畢后，跳出死循環(huán)秸抚。
代碼解釋：
package main
import (
"fmt"
"os"
"os/signal"
"sync"
"syscall"
"time"
)
//執(zhí)行的go程方法崔赌，傳入的chan
func consumer(stop <-chan bool) {
for {
select { //機(jī)制類似epoll
case <-stop:
fmt.Println("exit sub goroutine")
return
default:
fmt.Println("running...")
time.Sleep(500 * time.Millisecond)
}
}
}
func main() {
stop := make(chan bool)
var wg sync.WaitGroup
// Spawn example consumers
for i := 0; i < 3; i++ {
wg.Add(1)
go func(stop <-chan bool) {
defer wg.Done()
consumer(stop)
}(stop)
}
close(stop) //直接關(guān)閉chan意蛀，否則傳遞3次信號(hào)量
fmt.Println("stopping all jobs!")
wg.Wait()
fmt.Println("OVER")
}
channel通信控制基于CSP模型，相比于傳統(tǒng)的線程與鎖并發(fā)模型健芭，避免了大量的加鎖解鎖的性能消耗县钥，而又比Actor模型更加靈活，使用Actor模型時(shí)慈迈，負(fù)責(zé)通訊的媒介與執(zhí)行單元是緊耦合的–每個(gè)Actor都有一個(gè)信箱若贮。而使用CSP模型，channel是第一對(duì)象痒留，可以被獨(dú)立地創(chuàng)建谴麦，寫入和讀出數(shù)據(jù)，更容易進(jìn)行擴(kuò)展伸头。
