go語言中的協(xié)程詳解
協(xié)程的特點
1.該任務(wù)的業(yè)務(wù)代碼主動要求切換，即主動讓出執(zhí)行權(quán)限
2.發(fā)生了IO，導(dǎo)致執(zhí)行阻塞（使用channel讓協(xié)程阻塞）
與線程本質(zhì)的不同
C#、java中我們執(zhí)行多個線程，是通過時間片切換來進行的，要知道進行切換，程序需要保存上下文等信息，是比較消耗性能的
GO語言中的協(xié)程，沒有上面這種切換，一定是通過協(xié)程主動放出權(quán)限，不是被動的。
例如：
C# 中創(chuàng)建兩個線程
可以看到1和2是交替執(zhí)行的
Go語言中用協(xié)程實現(xiàn)一下
runtime.GOMAXPROCS(1)
這個結(jié)果就是 執(zhí)行了1 在執(zhí)行2
上述兩種方式來進行協(xié)程的切換
- 1.該任務(wù)的業(yè)務(wù)代碼主動要求切換，即主動讓出執(zhí)行權(quán)限
- 2.通過channel進行阻塞
執(zhí)行的結(jié)果一樣
后面又繼續(xù)執(zhí)行1了
一、Goroutine的并行
package main
import (
"fmt"
"runtime"
"sync"
)
func main() {
runtime.GOMAXPROCS(1)
var wg sync.WaitGroup
wg.Add(3)
fmt.Println("Start Goroutines")
go func() {
defer wg.Done()
for i:=1;i<=10;i++{
fmt.Print("1")
}
}()
go func() {
defer wg.Done()
for i:=1;i<=10;i++ {
fmt.Print("2")
}
}()
go func() {
defer wg.Done()
for i:=1;i<=10;i++ {
fmt.Print("3")
}
}()
fmt.Println("等待執(zhí)行結(jié)束")
wg.Wait()
}運行結(jié)果
Start Goroutines
等待執(zhí)行結(jié)束
333333333311111111112222222222
（1）runtime.GOMAXPROCS(1) 的作用是什么？
runtime包的GOMAXPROCS 函數(shù)。這個函數(shù)允許程序更改調(diào)度器可以使用的邏輯處理器的數(shù)量。如果不想在代碼里做這個調(diào)用，也可以通過修改和這個函數(shù)名字一樣的環(huán)境變量的值來更改邏輯處理器的數(shù)量。
（2）為什么先輸出3后輸出1和2？
調(diào)度器源碼中有體現(xiàn)： 有一個隊列，還有一個優(yōu)先執(zhí)行——即最后一個， 在只有一個邏輯處理器的情況下，先執(zhí)行優(yōu)先的那個，再順序執(zhí)行隊列中的。不過經(jīng)過各種實驗發(fā)現(xiàn)這個執(zhí)行順序其實是變的，貌似糾結(jié)這個順序也沒有什么意思。
（3）WaitGroup 是什么意思？
WaitGroup 是一個計數(shù)信號量，可以用來記錄并維護運行的goroutine。如果WaitGroup的值大于0，Wait 方法就會阻塞。為了減小WaitGroup 的值并最終釋放main 函數(shù)，使用defer 聲明在函數(shù)退出時
調(diào)用Done 方法。（defer 有點像C#當(dāng)中的fianlly）
補充：調(diào)度算法中，如果多個goroutine中某個執(zhí)行過長，此時會將其停止讓給其他goroutine繼續(xù)執(zhí)行，待到其他都執(zhí)行完成，在將其進行執(zhí)行。如下圖：G4和G5就進行了切換
如下代碼可以驗證上面的問題：
package main
import (
"fmt"
"runtime"
"sync"
)
var wg sync.WaitGroup
func main() {
runtime.GOMAXPROCS(1)
wg.Add(2)
fmt.Println("Create Goroutines")
go printPrime("A")
go printPrime("B")
fmt.Println("Waiting To Finish")
wg.Wait()
fmt.Println("Terminating Program")
}
func printPrime(prefix string) {
defer wg.Done()
next:
for outer := 2; outer < 5000; outer++ {
for inner := 2; inner < outer; inner++ {
if outer%inner == 0 {
continue next
}
}
fmt.Printf("%s:%d\n", prefix, outer)
}
fmt.Println("Completed", prefix)
}printPrime 這個函數(shù)作用是查找顯示 5000 以內(nèi)的素數(shù)值，這是一個比較耗時的程序。
運行結(jié)果：數(shù)字比較多，不打印了，但是可以看到結(jié)果是A和B兩個協(xié)程之間的切換。
上面的代碼都是設(shè)置GOMAXPROCS為1的情況，給每個可用的核心分配一個邏輯處理器
runtime.GOMAXPROCS(runtime.NumCPU())
這樣運行第一個程序的結(jié)果如下
Start Goroutines
等待執(zhí)行結(jié)束133333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333332111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
可以看到1、2、3沒有什么規(guī)律。
二、Goroutine的競爭
什么競爭狀態(tài)：如果兩個或者多個goroutine 在沒有互相同步的情況下，訪問某個共享的資源，并試圖同時讀和寫這個資源，就處于相互競爭的狀態(tài)，這種情況被稱作競爭狀態(tài)（race candition）
競爭狀態(tài)是比較容易出現(xiàn)問題的地方，所以對一個共享資源的讀和寫操作必須是原子化的，換句話說，同一時刻只能有一個goroutine 對共享資源進行讀和寫操作。
package main
import (
"fmt"
"runtime"
"sync"
)
var (
counter int
wg sync.WaitGroup
)
func main() {
wg.Add(2)
go incCounter(1)
go incCounter(2)
wg.Wait()
fmt.Println("Final Counter:", counter)
}
func incCounter(id int) {
defer wg.Done()
for count := 0; count < 2; count++ {
value := counter
runtime.Gosched()
value++
counter = value
}
}運行結(jié)果：
Final Counter: 2
變量 counter 會進行4 次讀和寫操作，每個goroutine 執(zhí)行兩次。但是，程序終止時，counter變量的值為2，這是因為兩個協(xié)程之間產(chǎn)生了競爭，對同一個counter進行讀寫，下面這個圖很好的詮釋了為什么最后counter是2
補充：runtime.Gosched()用于讓出CPU時間片。
三、使用Goroutine的鎖
一種修正代碼、消除競爭狀態(tài)的辦法是，使用Go 語言提供的鎖機制，來鎖住共享資源，
從而保證goroutine 的同步狀態(tài)。Go 語言提供了傳統(tǒng)的同步goroutine 的機制，就是對共享資源加鎖。
1、原子函數(shù)
使用atomic包來提供對數(shù)值類型的安全訪問。
package main
import (
"fmt"
"runtime"
"sync"
"sync/atomic"
)
var (
counter int64
wg sync.WaitGroup
)
func main() {
wg.Add(2)
go incCounter(1)
go incCounter(2)
wg.Wait()
fmt.Println("Final Counter:", counter)
}
func incCounter(id int) {
defer wg.Done()
for count := 0; count < 2; count++ {
atomic.AddInt64(&counter, 1)
runtime.Gosched()
}
}運行結(jié)果
Final Counter: 4
atmoic 包的AddInt64 函數(shù)。這個函數(shù)會同步整型值的加法，方法是強制同一時刻只能有一個goroutine 運行并完成這個加法操作。當(dāng)goroutine 試圖去調(diào)用任何原子函數(shù)時，這些goroutine 都會自動根據(jù)所引用的變量做同步處理。
另外兩個有用的原子函數(shù)是LoadInt64 和StoreInt64。這兩個函數(shù)提供了一種安全地讀和寫一個整型值的方式。
package main
import (
"fmt"
"sync"
"sync/atomic"
"time"
)
var (
shutdown int64
wg sync.WaitGroup
)
func main() {
wg.Add(2)
go doWork("A")
go doWork("B")
time.Sleep(1 * time.Second)
fmt.Println("Shutdown Now")
atomic.StoreInt64(&shutdown, 1)
wg.Wait()
}
func doWork(name string) {
defer wg.Done()
for {
fmt.Printf("Doing %s Work\n", name)
time.Sleep(250 * time.Millisecond)
// Do we need to shutdown.
if atomic.LoadInt64(&shutdown) == 1 {
fmt.Printf("Shutting %s Down\n", name)
break
}
}
}主協(xié)程main函數(shù)執(zhí)行了1秒，然后將shutdown中的值設(shè)置為1，A和B的協(xié)程中通過讀取shutdown是否等于1來判斷是否結(jié)束協(xié)程。
運行結(jié)果：
Doing A Work
Doing B Work
Doing A Work
Doing B Work
Doing A Work
Doing B Work
Doing A Work
Doing B Work
Shutdown Now
Shutting A Down
Shutting B Down
2、互斥鎖
另一種同步訪問共享資源的方式是使用互斥鎖（mutex）。互斥鎖這個名字來自互斥（mutualexclusion）的概念。互斥鎖用于在代碼上創(chuàng)建一個臨界區(qū)，保證同一時間只有一個goroutine 可以執(zhí)行這個臨界區(qū)代碼
package main
import (
"fmt"
"runtime"
"sync"
)
var (
counter int
wg sync.WaitGroup
mutex sync.Mutex
)
func main() {
wg.Add(3)
go incCounter(1)
go incCounter(2)
go incCounter(3)
wg.Wait()
fmt.Printf("Final Counter: %d\n", counter)
}
func incCounter(id int) {
defer wg.Done()
for count := 0; count < 2; count++ {
mutex.Lock()
{
value := counter
runtime.Gosched()
value++
counter = value
}
mutex.Unlock()
}
}運行結(jié)果：
Final Counter: 6
如上面的代碼，最終的結(jié)果還是6.
mutex.lock he mutex.Unlock之間的代碼，同一時刻只允許一個goroutine進入，所以保證數(shù)據(jù)的正確性。
補充對于 runtime.Gosched()的理解，有兩個問題 1. 當(dāng)執(zhí)行了這句話，貌似讓出了執(zhí)行，那么它后面的語句還能執(zhí)行么
到此這篇關(guān)于go語言協(xié)程的文章就介紹到這了。希望對大家的學(xué)習(xí)有所幫助，也希望大家多多支持腳本之家。
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