Go语言之路————并发

前言

• 我是一名多年Java开发人员，因为工作需要现在要学习go语言，Go语言之路是一个系列，记录着我从0开始接触Go，到后面能正常完成工作上的业务开发的过程，如果你也是个小白或者转Go语言的，希望我这篇文章对你有所帮助。
• 有关go其他基础的内容的文章大家可以查看我的主页，接下来主要就是把这个系列更完，更完之后我会在每篇文章中挂上连接，方便大家跳转和复习。

协程

在学go之前，大家肯定听说过go底层天然支持并发，相信这也是很多人选择学习这款语言的原因之一，那么它到底怎么个天然法，怎么个支持，下面我就一一道来。

Goroutine（轻量级线程），正如标题一样，它也叫做协程，它是go的并发执行单元，是一种比线程更加轻量级的单位，创建一个协程非常简单，只需要用到一个关键词：go，go后面一定要更一个函数：

func main() {
	go func() {
		fmt.Print(1)
	}()
}

我这里用一个go启动一个匿名函数，如果你copy这个代码去执行，你会发现控制台没有任何打印，因为协程就跟Java的线程一样，它是并发去执行的，当我们的main方法跑完的时候，如果协程未执行，那么 整个程序都会关掉，就没有任何输出了。

那怎样让它正常输出呢？聪明的同学肯定会想到，让main线程沉睡一下不就行了，我们来看看代码：

func main() {
	go func() {
		fmt.Print(1)
	}()
	time.Sleep(1 * time.Second)
}

控制台打印：1

由此可见，让主线程沉睡确实可以做到这点，那么我就要提出下一个问题了，如果有多个协程呢？看看下面代码：

func main() {
	for i := 0; i < 10; i++ {
		go fmt.Println(i)
	}
	time.Sleep(1 * time.Second)
}

当把这段代码执行后，你会发现每次执行的结果都是不一样的，这也引出了协程的一个特性，那就是执行的时候是无序的，那有啥方法解决吗，我们先用上面的sleep看能否解决：
每次执行协程前，我们都让它沉睡一秒，然后主线程沉睡十秒

func main() {
	for i := 0; i < 10; i++ {
		time.Sleep(1 * time.Second)
		go fmt.Println(i)
	}
	time.Sleep(10 * time.Second)
}

执行后的结果：

0
1
2
3
4
5
6
7
8
9

目前来看，是做到了，但是这个方法太笨了，有啥办法可以优雅的解决吗，当然，go提供了管道、信号量、上下文、锁等各种工具来辅助开发者进行并发编程。

管道

管道：channel，官方对它的解释：Do not communicate by sharing memory; instead, share memory by communicating.
我用白话文在翻译一次：它的作用就是解决协程之间的通信的，数据传输或者共享的。
一个通道，用chan来定义，定义的时候必须要指定它存的数据类型：

var ch chan int

此时的管道还没初始化，是不能使用的，在go中，初始化一个管道，有且只有一个办法，那就是make关键词，make关键词提供一个额外参数：缓冲区

var ch = make(chan int, 1)

这里就是用make创建了一个缓冲区为1的管道，先看看使用：

func main() {
	var ch = make(chan int, 1)
	ch <- 1
	println(<-ch)
}
输出：1

结合例子，说一下管道的输出和输出：<-，没错就是用箭头表示，箭头的指向表示数据流向，a <- 1，表示把1发到a，<- a，表示从a读取数据

如何理解缓冲区：可以理解为Java中线程池中的阻塞队列，往管道中发送的数据会先存到缓冲区，然后才会被读取，如果一个管道没有缓冲区，那么发送信息后需要立马有读取的操作，否则程序就会阻塞，我们通过下面例子来看：

func main() {
	var ch = make(chan int)
	ch <- 1
	<-ch
}

我们创建一个没有缓冲区的管道，像管道里面输入1，马上再读取。看似人畜无害的代码，执行起来确是这个结果：deadlock

fatal error: all goroutines are asleep - deadlock!

goroutine 1 [chan send]:
main.main()
	D:/goland/workspace/test/main.go:5 +0x2d

Process finished with the exit code 2

那读者又会想了，既然这样，那岂不是所有的管道创建都需要缓冲区。其实不然，如果我们通过协程去输入就能正常输出：

func main() {
	var ch = make(chan int)
	go func() {
		ch <- 1
	}()
	println(<-ch)
}
输出：1

思考：为啥有协程的参与就能正常读写？我们回到缓冲区的本质，它是存数据的缓冲的，如果我们没有缓冲区，那么证明这个管道是没办法存数据的，就意味着，我这边写了，必须马上有人读，但是通过同步操作是实现不了的，有协程异步来操作才可行。

注意：每个管道用完后需要我们手段关闭，直接调用系统提供的close方法，一个管道只能close一次，多次close会报错。

func close(c chan<- Type)

但是通常，我们建议把通道的关闭结合defer来用：

func main() {
	var ch = make(chan int)
	go func() {
		ch <- 1
		defer close(ch)
	}()
	println(<-ch)
}

注意点，除了同步读写无缓冲管道会造成堵塞之外，下面几种情况也会造成deadlock：

1. 缓冲区满了继续噻数据：

   func main() {
   	var ch = make(chan int, 1)
   	defer close(ch)
   	ch <- 1
   	ch <- 1
   	println(<-ch)
   }
   

   缓冲区大小为1，写入一个后满了没读，继续写
2. 有缓冲区，但是数据为空

   func main() {
   	// 创建的有缓冲管道
   	intCh := make(chan int, 1)
   	defer close(intCh)
   	// 缓冲区为空，阻塞等待其他协程写入数据
   	<-intCh
   }
   

3. 管道未初始化

   func main() {
     var intCh chan int
     intCh <- 1
   }
   

管道数据除了一个个读之外，我们还可以用for range来遍历一个管道：

func main() {
	intCh := make(chan int, 10)
	go func() {
		for i := 0; i < 10; i++ {
			intCh <- i
		}
	}()
	for ch := range intCh {
		println(ch)
	}
}

看看输出：

0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
fatal error: all goroutines are asleep - deadlock!

goroutine 1 [chan receive]:
main.main()
	D:/goland/workspace/test/main.go:10 +0xa8

在输出之后出现了阻塞，这是因为for range会一直去读写管道中的数据，当管道中数据为空时就会死锁，直到有其他协程向管道写入数据才会解除，所以我们代码改一下，在写入数据完毕后就关闭管道：

func main() {
	intCh := make(chan int, 10)
	go func() {
		for i := 0; i < 10; i++ {
			intCh <- i
		}
		close(intCh)
	}()
	for ch := range intCh {
		println(ch)
	}
}

最后再补充一个知识点，管道的读取其实是有返回值的：

v, ok := <-intCh

第一个是值，第二个是个bool代表是否读取成功：

func main() {
	intCh := make(chan int, 10)
	go func() {
		intCh <- 1
	}()
	a, ok := <-intCh
	println(a, ok)
}

输出：1 true

Select

在 Go 中，select 是一种管道多路复用的控制结构，某一时刻，同时监测多个元素是否可用，在这里我们可以用来检测多个管道：

func main() {
	ch1 := make(chan int, 10)
	ch2 := make(chan int, 10)
	ch3 := make(chan int, 10)
	defer func() {
		close(ch1)
		close(ch2)
		close(ch3)
	}()
	select {
	case i := <-ch1:
		fmt.Println("ch1 is ", i)
	case j := <-ch2:
		fmt.Println("ch2 is ", j)
	case k := <-ch3:
		fmt.Println("ch3 is ", k)
	default:
		fmt.Print("检测失败")
	}
}

创建三个管道，然后用select分别去监测三个管道的数据，然后doSomething，让我们没有往管道输入任何数据的时候，默认输出检测失败，我们在select前往ch1输入一个数据看看：

func main() {
	ch1 := make(chan int, 10)
	ch2 := make(chan int, 10)
	ch3 := make(chan int, 10)
	defer func() {
		close(ch1)
		close(ch2)
		close(ch3)
	}()
	ch1 <- 1
	select {
	case i := <-ch1:
		fmt.Println("ch1 is ", i)
	case j := <-ch2:
		fmt.Println("ch2 is ", j)
	case k := <-ch3:
		fmt.Println("ch3 is ", k)
	default:
		fmt.Print("检测失败")
	}
}

输出：ch1 is  1

sync

讲到了并发，怎么能离开锁，go的sync包下面提供了很多锁相关的工具类，就类似于Java的juc包，我们下面简单说点常用的。

WaitGroup

WaitGroup 即等待执行，它的方法只有三个，使用起来也非常简单：

• Add：添加一个计数器，表示总数
• Done：每调用一次计数器减1
• Wait：如果计数器不为0，则等待

还记得我们文章开头提到的例子吗，就是在main线程中使用了协程，协程还未执行但是main已经结束了，当时我们用的是sleep方法，现在我们看看怎么用WaitGroup去解决这个问题：
先看看原例子：

func main() {
	println("start")
	go func() {
		println("doSomething")
	}()
	println("end")
}

再看看解决后的：

var waitGroup sync.WaitGroup

func main() {
	println("start")
	waitGroup.Add(1)
	go func() {
		println("doSomething")
		waitGroup.Done()
	}()
	waitGroup.Wait()
	println("end")
}

看看输出：
start
doSomething
end

锁

go中常用的锁有两个：

• 互斥锁：sync.Mutex
• 读写锁：sync.RWMutex

互斥锁sync.Mutex ，实现了Locker 接口，它的用法非常简单，就三个：

func (m *Mutex) Lock() {
	m.mu.Lock()
}

func (m *Mutex) TryLock() bool {
	return m.mu.TryLock()
}

func (m *Mutex) Unlock() {
	m.mu.Unlock()
}

我们先来看看互斥锁Mutex，下面我来模拟一个经典的场景，就是不同线程对共享数据操作，让我们看看不用锁的情况下，会不会得到正确结果：

var wait sync.WaitGroup
var count = 0

func main() {
	wait.Add(10)
	for i := 0; i < 10; i++ {
		go func(data *int) {
			// 模拟访问耗时
			time.Sleep(time.Millisecond * time.Duration(rand.Intn(1000)))
			// 访问数据，这里必须要用temp当前数据存起来
			temp := *data
			// 模拟计算耗时
			time.Sleep(time.Millisecond * time.Duration(rand.Intn(1000)))
			// 修改数据
			*data = temp + 1
			fmt.Println(*data)
			wait.Done()
		}(&count)
	}
	wait.Wait()
	fmt.Println("最终结果", count)
}

运行起来发现，每次的输出都不一样，跟Java一样，多线程对共享数据的修改是不安全的，必须要加锁

1
1
2
1
1
1
1
1
1
3
最终结果 3

下面我们改进一下代码，将同步代码用互斥锁包起来，类似于Java的同步代码块：

var lock sync.Mutex
var wait sync.WaitGroup
var count = 0

func main() {
	wait.Add(10)
	for i := 0; i < 10; i++ {
		go func(data *int) {
			lock.Lock()
			// 模拟访问耗时
			time.Sleep(time.Millisecond * time.Duration(rand.Intn(1000)))
			// 访问数据
			temp := *data
			// 模拟计算耗时
			time.Sleep(time.Millisecond * time.Duration(rand.Intn(1000)))
			// 修改数据
			*data = temp + 1
			lock.Unlock()
			fmt.Println(*data)
			wait.Done()
		}(&count)
	}
	wait.Wait()
	fmt.Println("最终结果", count)
}

go的互斥锁很简单，用的时候就调用lock()方法，解锁就调用unlock()方法，看看输出：

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
最终结果 10

Process finished with the exit code 0

读写锁和互斥锁一样，只是说读写锁的精度更高一点，可以根据读多写少，或者读少写多的情况来判断，它同样实现了Locker接口，只是方法多一些，读写锁内部的读和写是互斥锁，并不是说有两个锁

// 加读锁
func (rw *RWMutex) RLock()

// 尝试加读锁
func (rw *RWMutex) TryRLock() bool

// 解读锁
func (rw *RWMutex) RUnlock()

// 加写锁
func (rw *RWMutex) Lock()

// 尝试加写锁
func (rw *RWMutex) TryLock() bool

// 解写锁
func (rw *RWMutex) Unlock()

下面看个读写锁的例子（本例来自官方中文文档）：

var wait sync.WaitGroup
var count = 0
var rw sync.RWMutex

func main() {
	wait.Add(12)
	// 读多写少
	go func() {
		for i := 0; i < 3; i++ {
			go Write(&count)
		}
		wait.Done()
	}()
	go func() {
		for i := 0; i < 7; i++ {
			go Read(&count)
		}
		wait.Done()
	}()
	// 等待子协程结束
	wait.Wait()
	fmt.Println("最终结果", count)
}

func Read(i *int) {
	time.Sleep(time.Millisecond * time.Duration(rand.Intn(500)))
	rw.RLock()
	fmt.Println("拿到读锁")
	time.Sleep(time.Millisecond * time.Duration(rand.Intn(1000)))
	fmt.Println("释放读锁", *i)
	rw.RUnlock()
	wait.Done()
}

func Write(i *int) {
	time.Sleep(time.Millisecond * time.Duration(rand.Intn(1000)))
	rw.Lock()
	fmt.Println("拿到写锁")
	temp := *i
	time.Sleep(time.Millisecond * time.Duration(rand.Intn(1000)))
	*i = temp + 1
	fmt.Println("释放写锁", *i)
	rw.Unlock()
	wait.Done()
}

该例开启了 3 个写协程，7 个读协程，在读数据的时候都会先获得读锁，读协程可以正常获得读锁，但是会阻塞写协程，获得写锁的时候，则会同时阻塞读协程和写协程，直到释放写锁，如此一来实现了读协程与写协程互斥，保证了数据的正确性。例子输出如下：

拿到读锁
拿到读锁
释放读锁 0
释放读锁 0
拿到写锁
释放写锁 1
拿到读锁
拿到读锁
拿到读锁
拿到读锁
拿到读锁
释放读锁 1
释放读锁 1
释放读锁 1
释放读锁 1
释放读锁 1
拿到写锁
释放写锁 2
拿到写锁
释放写锁 3
最终结果 3

Process finished with the exit code 0

OK 上面就是go中并发的一些常用案例，不多，但是一定是最常用的，掌握了这些你就可以去深入扩展了。