分析Go語言中CSP並發模型與Goroutine的基本使用

Posted on by

一、並發實現模型

1.1、多進程

在之前的文章當中我們曾經介紹過，進程是操作系統資源分配的最小單元。所以多進程是在操作系統層面的並發模型，因為所有的進程都是有操作系統的內核管理的。所以每個進程之間是獨立的，每一個進程都會有自己單獨的內存空間以及上下文信息，一個進程掛瞭不會影響其他進程的運行。這個也是多進程最大的優點，但是它的缺點也很明顯。

最大的缺點就是開銷很大，創建、銷毀進程的開銷是最高的，遠遠高於創建、銷毀線程。並且由於進程之間互相獨立，導致進程之間通信也是一個比較棘手的問題，進程之間共享內存也非常不方便。因為這些弊端使得在大多數場景當中使用多進程都不是一個很好的做法。

1.2、多線程

多線程是目前最流行的並發場景的解決方案，由於線程更加輕量級，創建和銷毀的成本都很低。並且線程之間通信以及共享內存非常方便，和多進程相比開銷要小得多。

但是多線程也有缺點，一個缺點也是開銷。雖然線程的開銷要比進程小得多，但是如果創建和銷毀頻繁的話仍然是不小的負擔。針對這個問題誕生瞭線程池這種設計。創建一大批線程放入線程池當中，需要用的時候拿出來使用，用完瞭再放回，回收和領用代替瞭創建和銷毀兩個操作，大大提升瞭性能。另外一個問題是資源的共享，由於線程之間資源共享更加頻繁，所以在一些場景當中我們需要加上鎖等設計，避免並發帶來的數據紊亂。以及需要避免死鎖等問題。

1.3、協程

也叫做輕量級線程，本質上仍然是線程。相比於多線程和多進程來說，協程要小眾得多，相信很多同學可能都沒有聽說過。和多線程最大的區別在於，協程的調度不是基於操作系統的而是基於程序的。

也就是說協程更像是程序裡的函數，但是在執行的過程當中可以隨時掛起、隨時繼續。

我們舉個例子，比如這裡有兩個函數：

def A():
    print '1'
    print '2'
    print '3'

def B():
    print 'x'
    print 'y'
    print 'z'

如果我們在一個線程內執行A和B這兩個函數，要麼先執行A再執行B要麼先執行B再執行A。輸出的結果是確定的，但如果我們用寫成來執行A和B，有可能A函數執行瞭一半剛輸出瞭一條語句的時候就轉而去執行B，B輸出瞭一條又再回到A繼續執行。不管執行的過程當中發生瞭幾次中斷和繼續，在操作系統當中執行的線程都沒有發生變化。也就是說這是程序級的調度。

那麼和多線程相比，我們創建、銷毀線程的開銷就完全沒有瞭，整個過程變得非常靈活。但是缺點是由於是程序級別的調度，所以需要編程語言自身的支持，如果語言本身不支持，就很難使用瞭。目前原生就支持協程的語言並不多，顯然golang就是其中一個。

二、共享內存與CSP

我們常見的多線程模型一般是通過共享內存實現的，但是共享內存就會有很多問題。比如資源搶占的問題、一致性問題等等。為瞭解決這些問題，我們需要引入多線程鎖、原子操作等等限制來保證程序執行結果的正確性。

除瞭共享內存模型之外，還有一個經典模型就是CSP模型。CSP模型其實並不新，發表已經好幾十年瞭。CSP的英文全稱是Communicating Sequential Processes，翻譯過來的意思是通信順序進程。CSP描述瞭並發系統中的互動模式，是一種面向並發的語言的源頭。

Golang隻使用瞭CSP當中關於Process/Channel的部分。簡單來說Process映射Goroutine，Channel映射Channel。Goroutine即Golang當中的協程，Goroutine之間沒有任何耦合，可以完全並發執行。Channel用於給Goroutine傳遞消息，保持數據同步。雖然Goroutine之間沒有耦合，但是它們與Channel依然存在耦合。

整個Goroutine和Channel的結構有些類似於生產消費者模式，多個線程之間通過隊列共享數據，從而保持線程之間獨立。這裡不過多深入，我們大概有一個印象即可。

三、Goroutine

Goroutine即golang當中的協程，這也是golang這門語言的核心精髓所在。正是因為Goroutine，所以golang才叫做golang，所以人們才選擇golang。

相比於Java、Python等多線程的復雜的使用體驗而言，golang當中的Goroutine的使用非常簡單，簡單到爆表。隻需要一個關鍵字就夠瞭，那就是go。所以你們應該明白為什麼golang叫做Go語言不叫別的名字瞭吧？

比如我們有一個函數：

func Add(x, y int) int{
    z := x + y
    fmt.Println(z)
}

我們希望啟動一個goroutine去執行它， 應該怎麼辦？很簡單，隻需要一行代碼：

go Add(3, 4)

我們還可以用go關鍵字來使用goroutine來執行一個匿名函數：

go func(x, y int) {
    fmt.Println(x + y)
}(3, 4)

需要註意的是，當我們使用go關鍵字的時候，是不能獲取返回值的。也就是說z := go Add(3, 4)是違法的。乍看起來似乎不合理，但是道理其實是很簡單的。如果我們希望一個變量承接一個函數的返回值，說明這裡的邏輯是串行的，那麼我們使用goroutine的意義是什麼？所以這裡看似不合理，其實是設計者下瞭心思的。

以上就是分析Go語言中CSP並發模型與Goroutine的基本使用的詳細內容，更多關於Go CSP並發模型 Goroutine的資料請關註WalkonNet其它相關文章！

推薦閱讀：