Golang 並發以及通道的使用方式

Golang最擅長的就是並發編程,使用Golang可以很方便的進行並發編程。先看一段普通的代碼

package main 
import (
 "fmt"
 "time"
)
 
func Foo(i int) {
 fmt.Printf("%d will sleep\n", i)
 time.Sleep(5 * time.Second)
 fmt.Printf("%d wake up\n", i)
}
 
func main() {
 for i := 0; i < 5; i++ {
 Foo(i)
 }
}

輸出為

0 will sleep
0 wake up
1 will sleep
1 wake up
2 will sleep
2 wake up
3 will sleep
3 wake up
4 will sleep
4 wake up

大概要執行25秒的時間,因為我們的foo中休眠5s,5次循環,去掉其他時間至少需要25秒時間執行完成。

現在,我們希望並發調用Foo函數,很簡單,使用go關鍵字創建協程(協程比線程的執行更加輕量級)

package main
 
import (
 "fmt"
 "time"
) 
func Foo(i int) {
 fmt.Printf("%d will sleep\n", i)
 time.Sleep(5 * time.Second)
 fmt.Printf("%d wake up\n", i)
} 
func main() {
 for i := 0; i < 5; i++ {
 go Foo(i)
 } 
 time.Sleep(10 * time.Second)
}

在調用Foo前使用瞭go,這樣就會並發執行,最後添加休眠10秒,是防止主進程結束,協程也被銷毀。

下面的例子使用通道我們可以看到更優雅的解決方法

package main 
import (
 "fmt"
 "time"
)
 
func Foo(i int, ch chan int) {
 fmt.Printf("%d will sleep\n", i)
 time.Sleep(5 * time.Second)
 fmt.Printf("%d wake up\n", i)
 ch <- 1
}
 
func main() {
 ch := make(chan int)
 
 for i := 0; i < 5; i++ {
 go Foo(i, ch)
 }
 
 count := 0
 for count < 5 {
 count += <-ch
 }
}

通道屬於復合類型,我們使用make函數創建通道,通道類型是int,也就是我們可以使用該通道傳遞int類型的值。

我們在主函數中向Foo函數傳遞通道作為參數,當Foo函數執行結束後,通過通道發送數字1(ch <- 1),在主函數中我們進行計數,從通道中讀取值(<- ch),當通道中沒有值的時候,我們將阻塞等待。

當五個協程都執行結束後退出循環。使用通道,我們還可以實現生產者和消費者模式。

package main 
import (
 "fmt"
 "math/rand"
)
 
func Consumer(ch <-chan int, result chan<- int) {
 sum := 0
 for i := 0; i < 5; i++ {
 sum += <-ch
 }
 
 result <- sum
}
 
func Producer(ch chan<- int) {
 var num int
 for i := 0; i < 5; i++ {
 rand.Seed(20)
 num = rand.Intn(100)
 ch <- num
 }
}
 
func main() {
 ch := make(chan int)
 result := make(chan int)
 go Producer(ch)
 go Consumer(ch, result)
 
 fmt.Printf("result: %d\n", <-result)
}

我們在生產者和消費者之間使用ch通道傳遞數據,使用reslut通道給主函數返回結果。註意觀察Consumer函數和Producer函數的參數列表,這裡通道參數的傳遞略有不同,指明瞭通道的方向,chan<-代表我們可以向通道寫數據,但是不能使用通道讀數據,<-chan正好相反,隻能從通道中讀取數據而不可以寫入數據。

可以看到,go語言實現並發非常簡單,借用通道,又可以在不同的協程之間方便的傳輸數據。

補充:golang通道的定義

一. 通道的定義

先上一段代碼,

func main() {
 // 示例1
 //通道是一個先進先出(FIFO)的隊列
 channel := make(chan int,3)
 channel <- 1
 channel <- 2
 channel <- 3
 fmt.Printf("the first channel value is %v\n",<-channel)
 v := <- channel
 fmt.Printf("the first channel value is %v\n",v)
 fmt.Printf("the first channel value is %v\n",<-channel)
 // 報錯:fatal error: all goroutines are asleep - deadlock!
 // fmt.Printf("the first channel value is %v\n",<-channel)
}

優點:

go 語言自帶的唯一一個並發安全性的類型

定義:使用go的內建函數make, chan 是關鍵字, int是通道類型的數據,3是通道容量大小,不能小於0,如果為0,則表示非緩沖通道。

性質:

1. 通道中發送操作是互斥的,接收操作也是互斥的,比如上面,往channel中發送1,2,3,這發生再三個時刻,同一時刻你不可能發送1同時發送2,接收操作也是同樣的道理。

2. 發送和接收操作對同一個元素是原子性的,就是說上面市不可能往channe1中發送1的同時又把1從channel取出來,隻有1這個元素完整的復制進channel中時,你才可以取出1這個元素來

3. 發送操作在完成之前會被阻塞,接收操作也是同理,比如你把1往channel完完整整地復制進去通道,這需要時間,在這個時間內,channel <- 1 這句代碼之後的代碼是不會得到執行的,這就是所謂的阻塞.

以上這三個性質,隱約的感覺到瞭,就是為瞭實現互斥同時保證元素的安全性

補充:

通道元素值移動的過程:比如把1發送到channel中,首先元素1復制一個副本發送到通道,等到要取走時,通道的副本1再復制一個副本2,給要取值的對方,等到對方完全取走後,通道裡的副本1才會被刪除。

二. 通道阻塞情況分析

func main() {
 // 示例2
 channel := make(chan int,3)
 channel <- 1
 channel <- 2
 channel <- 3
 // 報錯1:fatal error: all goroutines are asleep - deadlock!
 //channel <- 4
 fmt.Printf("the first channel value is %v\n",<-channel)
 v := <- channel
 fmt.Printf("the first channel value is %v\n",v)
 fmt.Printf("the first channel value is %v\n",<-channel)
 // 報錯2:fatal error: all goroutines are asleep - deadlock!
 //fmt.Printf("the first channel value is %v\n",<-channel)
 // 示例3
 channel2 := make(chan int,0)
 go func() {
 time.Sleep(time.Second*5)
 v := <- channel2
 fmt.Printf("the value is %v\n",v)
 }()
 channel2 <- 1
 fmt.Print("the time is over\n")
}

分析:

發生在通道緩存已滿,但還忘通道裡面發送元素,比如註釋中的”報錯1″處,因為通道的容量就是3,你寫瞭1,2,3之後再往裡面寫這時就寫不進一直阻塞再那裡

發送再通道緩存已空,但是還想從通道中取值,比如註釋中的”報錯2″處,此時你已取走瞭1,2,3,你再取值時,已經為空就一直阻 塞再那裡

對於非緩沖通道,比如示例3,定義瞭一個channel2通道,容量為0,程序執行到“channel2 <- 1”處會阻塞,因為你忘裡面發送元素瞭,而沒有取走,後面的代碼就不執行一直阻塞,直到這個值被取走瞭之後,才會被執行。就如上面再goroutine中隻有5秒過後channel2的元素被取走給瞭v之後,“the time is over\n” 語句才會被執行輸出。

三. 通道引發panic

func main() {
 // 示例4
 channel3 := make(chan int,2)
 channel3 <- 1
 channel3 <- 2
 close(channel3)
 // 報錯3: panic: send on closed channel
 // channel3 <- 3
 // 報錯4:panic: close of closed channel
 //close(channel3)
 // 示例5
 channel5 := make(chan int,2)
 channel5 <- 1
 channel5 <- 2
 v1,b1 := <- channel5
 fmt.Printf("v1:%v b1:%v\n",v1,b1)
 v2,b2 := <- channel5
 fmt.Printf("v2:%v b2:%v\n",v2,b2)
 close(channel5)
 v3,b3 := <- channel5
 fmt.Printf("v3:%v b3:%v\n",v3,b3)
 /*輸出:
 v1:1 b1:true
 v2:2 b2:true
 v3:0 b3:false
 */
 // 示例6
 channel6 := make(chan int,2)
 channel6 <- 1
 channel6 <- 2
 v4,b4 := <- channel6
 fmt.Printf("v4:%v b4:%v\n",v4,b4)
 close(channel6)
 v5,b5 := <- channel6
 fmt.Printf("v5:%v b5:%v\n",v5,b5)
 /*輸出:
 v4:1 b4:true
 v5:2 b5:true
 */
}

往一個已經關閉瞭的通道裡面發送值時會引發“panic”。比如上面註釋報錯3處,前面已執行“close(channel3)”關閉通道操作,再往裡面發送值就會引發panic。

關閉一個已經關閉的通道時,會引發“panic”。比如上面註釋“報錯4”處。

示例5和示例6的區別僅僅在於關閉通道後,裡面是否還有值剩餘?假設有剩餘,我們就可以從通道取值同時賦給兩個變量,第二個變量是bool類型值,其為true表示取到瞭值,其為false表示沒有取到值,這樣僅僅可以避免引發“panic”,如果通道已經關閉且無元素值,則取出的第二個bool值為false;若從已關閉的通道裡面(裡面無剩餘元素值)再次讀取元素值,則第二個值為true。

總結:第二個bool值為false,則通道肯定關閉瞭,值為true,可能關閉也可能沒有關閉

以上為個人經驗,希望能給大傢一個參考,也希望大傢多多支持WalkonNet。如有錯誤或未考慮完全的地方,望不吝賜教。