Go 語言進階——併發編程｜ 青訓營筆記
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這是我參與「第五屆青訓營」伴學筆記創作活動的第 4 天
前言
本文從併發編程的視角來了解Go高性能的本質、為何Go的運行可以如此之快，主要涉及到知識點：併發、並行、協程、CSP模型、Channel、Mutex、WaitGroup等。
併發編程
併發VS並行
併發是指多個線程在同一個CPU上運行，主要是通過時間片的切換看起來像多個程序在同時運行，只不過CPU時間片的切換十分迅速，我們感知不到。
並行是指多個線程在多個CPU上運行，多個線程在同一時間同時運行而不是時間片的切換。
Go可以充分發揮多核CPU的優勢，高效運行。
協程
在Go實現高併發的機制裏，還有一個重要的概念——協程Goroutine，協程也叫做輕量級線程。
線程在創建時需要消耗一定的系統資源，線程屬於內核態，線程的創建、切換、停止都屬於比較重量級的系統操作，佔用系統棧資源屬於MB級別。
協程是屬於用户態的，屬於輕量級線程，協程的創建、切換、銷燬都是由Go語言本身完成，比線程消耗的資源少的多，佔用系統棧資源屬於KB級別。
一個線程裏可以同時執行多個協程，Go可以同時創建上萬級別的協程，也是Go支持高併發原因之一。
代碼示例
Go創建協程十分簡單，只需要在調用的函數前加一個go關鍵字即可。
```go import ( "fmt" "time" )
func hello(i int) { println("hello world : " + fmt.Sprint(i)) }
func main() { for i := 0; i < 5; i++ { // 開啟協程 go hello(i) } // 等協程執行結束後，主線程再結束 time.Sleep(time.Second) } ```
CSP模型
CSP（Communicating Sequential Process）通信順序進程、交談循序程序，也被譯為交換消息的循序程序，它是一種用來描述併發行系統之間進行交互的模型。
CSP最大的優點就是靈活，但也很容易出現死鎖。
Go提倡通過通信共享內容而不是通過共享內存而實現通信。
通道
通過通信共享內存涉及到另一個概念——通道Channel。
Go可以使用Channel控制子協程，在創建協程時需要創建同樣數量的Channel。
每個通道只允許交換指定類型的數據，在Go中使用chan關鍵字來聲明一個通道，使用 close函數來關閉通道。
通過操作符<-來指定通道的方向，實現發送或接收。
通道的創建
make(chan 元素類型, [緩衝大小])
通道分類： 1. 無緩衝通道 make(chan int) 2. 有緩衝通道 make(chan int, 2)
無緩衝通道也被稱為同步通道。
有緩衝通道也是一個生產-消費模型。
代碼示例
下面通過一個代碼示例，看一下通道的具體使用，示例通過協程和通道完成輸出一個數的平方功能。
代碼功能邏輯如下：
- A子協程發送0 ~ 9數字
- B子協程計算輸入數字的平方
- 主協程輸出最後的平方數
go
func main() {
src := make(chan int)
dest := make(chan int, 3)
// A子協程
go func() {
defer close(src)
for i := 0; i < 10; i++ {
// 將數字發送到channel
src <- i
}
}()
// B子協程
go func() {
defer close(dest)
for i := range src {
// 將計算好的數字發送到channel
dest <- i * i
}
}()
for i := range dest {
println(i)
}
}
併發安全Lock
Go也有類似Java的鎖機制，這種機制是通過共享內存來實現通訊的。
Mutex
Go加鎖可以使用Mutex來實現，通過加鎖可以實現多個協程在同一時間只有獲取到鎖的協程來運行，其他協程只能等待鎖的釋放，Mutex是一種互斥鎖。
下面通過一個例子來看下多個協程對一個數字的相加，通過加鎖與不加鎖來看下兩者的區別。
go
var (
x int64
lock sync.Mutex
)
func addWithLock() {
for i := 0; i < 2000; i++ {
lock.Lock()
x++
lock.Unlock()
}
}
func addWithoutLock() {
for i := 0; i < 2000; i++ {
x++
}
}
func main() {
x = 0
for i := 0; i < 5; i++ {
go addWithoutLock()
}
time.Sleep(time.Second)
println("withoutLock:", x)
x = 0
for i := 0; i < 5; i++ {
go addWithLock()
}
time.Sleep(time.Second)
println("withLock:", x)
}
運行代碼輸出結果為：
withoutLock: 8113
withLock: 10000
其中withoutLock的結果每次運行結果可能不同，可以看出在不加鎖的情況下，得出的結果是不滿足預期結果的，也就是出現了內存不安全的資源競爭。
WaitGroup
Go中的 WaitGroup 是一個計數信號量，WaitGroup 和 Java 中的 CyclicBarrier、CountDownLatch 非常類似，可以用來記錄並維護運行的 goroutine。如果 WaitGroup的值大於 0，Wait 方法就會阻塞，常用來實現併發編程時的同步操作。
WaitGroup有3個方法，Add、Done、Wait。
使用方法：當開啟協程時調用Add方法增加一個計數，完成時調用Done方法減去一個計數，Wait會一直阻塞直到WaitGroup的值為 0。
下面使用WaitGroup來實現一個等待所有協程執行完的例子：
go
func main() {
var wg sync.WaitGroup
// 開啟5個計數
wg.Add(5)
for i := 0; i < 5; i++ {
go func(j int) {
// 執行完時調用Donw
defer wg.Done()
hello(j)
}(i)
}
// 等待所有協程執行完
wg.Wait()
}
總結
本文主要涉及到知識點：併發、並行、協程、CSP模型、Channel、Mutex、WaitGroup等。