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瞅一眼就能学会的GO并发编程使用教程

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GO的并发编程分享

之前我们分享了网络编程,今天我们来看看GO的并发编程分享,我们先来看看他是个啥

啥是并发编程呢

指在一台处理器上同时处理多个任务

此处说的同时,可不是同一个时间一起手拉手做同一件事情

并发是在同一实体上的多个事件,而这个事件在同一时间间隔发生的,同一个时间段,有多个任务执行,可是同一个时间点,只有一个任务在执行

为啥要有并发编程

随着互联网的普及,互联网用户人数原来越多,这对系统的性能带来了巨大的挑战。

我们要通过各种方式来高效利用硬件的性能(压榨),从而提高系统的性能进而提升用户体验,提升团队或者企业的竞争力。

并发是为了解决什么问题?目的是啥?

充分的利用好处理器的每一个核,以达到最高的处理性能,尽可能的运用好每一块砖

可是由于现在我们使用的CPU,内存,IO三者之间速度不尽相同

我们为了提高系统性能,计算机系统会将这三者速度进行平衡,以达到最优的效果,都有如下措施:

说到进程和线程,他们都是干啥的呢,咱们顺带说一下?

进程是程序在操作系统中的一次执行过程

是 系统进行资源分配和调度的一个独立单位

线程是进程的一个执行实体

是 CPU 调度和分派的基本单位,它是比进程更小的能独立运行的基本单位。

一个进程可以创建和撤销多个线程, 并且同一个进程中的多个线程之间可以并发执行。

讲到并发编程不得不说并发和并行有啥区别?是不是总是有小伙伴弄不清楚他们到底是啥区别,好像一样,又好像不一样

并发和并行的区别

一言蔽之,区别如下:

并发

多线程程序在一个核的 CPU 上运行

并行

多线程程序在多个核的 CPU 上运行

并发就像多个小伙伴跑接力,同一个时间点只会有一个小伙伴在跑,互相有影响

并行就像是多个小伙伴同一个起点一起跑,互不干扰

我们需要记住一点,再强调一波:

并发不是并行

并发主要由切换时间片来实现"同时"运行

并行则是直接利用多核实现多线程的运行,

在 GO 可以设置使用核数,以发挥多核计算机的能力,不过设置核数都是依赖于硬件的

那么,讲到GO的并发编程,就必须上我们的主角,那就是协程

协程 goroutine 是啥

协程是一种程序组件

是由子例程(过程、函数、例程、方法、子程序)的概念泛化而来的

子例程只有一个入口点且只返回一次,而协程允许多个入口点,可以在指定位置挂起和恢复执行。

协程和线程分别有啥特点嘞

协程

独立的栈空间,共享堆空间,调度由用户自己控制

本质上有点类似于用户级线程,这些用户级线程的调度也是自己实现的。

线程

一个线程上可以跑多个协程,协程是轻量级的线程

GO 高并发的原因是啥

GOLANG并发编程涉及哪些知识点呢

Goroutine的那些事

我们写C/C++的时候,我们必然也是要实现并发编程

我们通常需要自己维护一个线程池,并且需要自己去包装一个又一个的任务,同时需要自己去调度线程执行任务并维护上下文切换

且做线程池的时候,我们需要自己做一个线程管理的角色,灵活动态压缩和扩容

可是能不能有这样一种机制,我们只需要定义多个任务,让系统去帮助我们把这些任务分配到CPU上实现并发执行

GO里面就正好有这样的机制

goroutine 的概念类似于线程

goroutine 是由Go的运行时(runtime)调度和管理的

Go程序会智能地将 goroutine 中的任务合理地分配给每个CPU

Go 在语言层面已经内置了调度和上下文切换的机制

写 GO 比较爽的一个地方是:

在GO里面,你不需要去自己写进程、线程、协程

我们可以使用 goroutine 包

如何使用 goroutine

我们需要让某个任务并发执行的时候,只需要把这个任务包装成一个函数

专门开启一个 goroutine 协程 去执行这个函数就可以了 , GO一个协程,很方便

一个 goroutine 必定对应一个函数,可以创建多个 goroutine 去执行相同的函数,只是多个协程都是做同一个事情罢了

我们先来使用一下协程,再来抛砖引玉,适当的分享一下

启动单个协程

func Hi() {
    fmt.Println("this is Hi Goroutine!")
}
func main() {
    Hi()
    fmt.Println("main goroutine!")
}

我们一般调用函数是如上这个样子的,效果如下

this is Hi Goroutine!
main goroutine!

其实我们调用协程的话,也与上述类似

我们可以使用 go 后面加上函数名字,来开辟一个协程,专门做函数需要执行的事情

func main() {
    go Hi() // 启动一个goroutine 协程 去执行 Hi 函数
    fmt.Println("main goroutine!")

实际效果我们可以看到,程序只打印了 main goroutine!

main goroutine!

在程序启动的时候,Go 程序就会为 main() 函数创建一个默认的 goroutine 协程

当 main() 函数返回的时候,刚开辟的另外一个 goroutine 协程 就结束了

所有在 main() 函数中启动的 goroutine 协程 会一同结束,老大死了,其余的傀儡也灰飞烟灭了

我们也可以让主协程等等一定子协程,待子协程处理完自己的事情,退出后,主协程再自己退出,这和我们写C/C++进程 和 线程的时候,类似

简单的,我们可以使用 time.sleep 函数来让主协程阻塞等待

我们也可以使用 上述提到的 使用 select{} 来达到目的

当然也有其他的方式,后续文章会慢慢的分享到

多个协程

那么多个协程又是怎么玩的呢?

我们使用 sync.WaitGroup 来实现goroutine 协程的同步

package main

import (
	"fmt"
	"sync"
)

var myWg sync.WaitGroup

func Hi(i int) {
	// goroutine 协程 结束就 记录 -1
	defer myWg.Done()
	fmt.Println("Hello Goroutine! the ", i)
}
func main() {

	for i := 0; i < 10; i++ {
		// 启动一个goroutine 协程 就记录 +1
		myWg.Add(1)
		go Hi(i)
	}

	// 等待所有记录 的goroutine 协程 都结束
	myWg.Wait() 
}

会有如下输出,每一个协程打印的数字并不是按照顺序来的:

Hello Goroutine! the  9
Hello Goroutine! the  4
Hello Goroutine! the  2
Hello Goroutine! the  3
Hello Goroutine! the  6
Hello Goroutine! the  5
Hello Goroutine! the  7
Hello Goroutine! the  8
Hello Goroutine! the  1
Hello Goroutine! the  0

还是同样的, 如果是主协程先退出,那么子协程还行继续运行吗?

毋庸置疑,主协程退出,子协程也会跟着退出

GO 中的协程

分享如下几个点

GO中的栈是可增长的

一般都有固定的栈内存(通常为2MB),goroutine 的栈不是固定的,goroutine 的栈大小可以扩展到1GB

goroutine 是如何调度

这就不得不提 GPM

GPM是Go语言运行时(runtime)层面实现的,我们先简单了解一下GPM分别代表啥

G

就是个 goroutine ,里面除了存放本 goroutine 信息外 还有与所在P的绑定等信息

P

Processor 管理着一组 goroutine 队列

P 里面会存储当前 goroutine 运行的上下文环境(函数指针,堆栈地址及地址边界)

P 会对自己管理的 goroutine 队列做一些调度(比如把占用CPU时间较长的 goroutine 暂停、运行后续的 goroutine)

当自己的队列消费完了就去全局队列里取,如果全局队列里也消费完了会去其他P的队列里抢任务。

M(machine)

是 Go 运行时(runtime)对操作系统内核线程的虚拟

M 与内核线程一般是一一映射的关系, 一个 groutine 最终是要放到 M上执行

这里的 P 与 M 一般也是一一对应的

P 管理着一组G 挂载在 M 上运行

当一个 G 长久阻塞在一个 M 上时,runtime 会新建一个M,

阻塞 G 所在的 P 会把其他的 G 挂载在新建的M上

这个时候,当旧的 G 阻塞完成或者认为其已经挂了的话,就会回收旧的 M

还有一点

P 的个数是通过 runtime.GOMAXPROCS 设定(最大256),这个数字也依赖于自己的硬件,在并发量大的时候会增加一些 P 和 M ,但不会太多

总结

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