Golang 併發Groutine實例解讀（二）

go提供了sync包和channel機制來解決協程間的同步與通訊。

1、sync.WaitGroup

sync包中的WaitGroup實現了一個相似任務隊列的結構，你能夠向隊列中加入任務，任務完成後就把任務從隊列中移除，若是隊列中的任務沒有所有完成，隊列就會觸發阻塞以阻止程序繼續運行，具體用法參考以下代碼：

package main
import (
    "fmt"
    "sync"
)
var waitgroup sync.WaitGroup
func Afunction(shownum int) {
    fmt.Println(shownum)
    waitgroup.Done() //任務完成，將任務隊列中的任務數量-1，其實.Done就是.Add(-1)
}
 
func main() {
    for i := 0; i < 10; i++ {
        waitgroup.Add(1) //每建立一個goroutine，就把任務隊列中任務的數量+1
        go Afunction(i)
    }
    waitgroup.Wait() //.Wait()這裏會發生阻塞，直到隊列中全部的任務結束就會解除阻塞
}

咱們能夠利用sync.WaitGroup來知足這樣的狀況：

        ▲某個地方須要建立多個goroutine，而且必定要等它們都執行完畢後再繼續執行接下來的操做。

是的，WaitGroup最大的優勢就是.Wait()能夠阻塞到隊列中的任務都完畢後才解除阻塞。

2、channel

channel是一種golang內置的類型，英語的直譯爲"通道"，其實，它真的就是一根管道，並且是一個先進先出的數據結構。

咱們能對channel進行的操做只有4種：

(1) 建立chennel (經過make()函數)

(2) 放入數據 (經過 channel <- data 操做) 

(3) 取出數據 (經過 <-channel 操做)

(4)  關閉channel (經過close()函數)

可是channel有一些很是給力的性質須要你牢記，請必定要記住並理解好它們：

(1) channel是一種阻塞管道，是自動阻塞的。意思就是，若是管道滿了，一個對channel放入數據的操做就會阻塞，直到有某個routine從channel中取出數據，這個放入數據的操做纔會執行。相反同理，若是管道是空的，一個從channel取出數據的操做就會阻塞，直到某個routine向這個channel中放入數據，這個取出數據的操做纔會執行。這是channel最重要的一個性質，沒有之一。

package main
func main() {
    ch := make(chan int, 3)
    ch <- 1
    ch <- 1
    ch <- 1
    ch <- 1 //這一行操做就會發生阻塞，由於前三行的放入數據的操做已經把channel填滿了

package main
func main() {
    ch := make(chan int, 3)
    <-ch //這一行會發生阻塞，由於channel纔剛建立，是空的，沒有東西能夠取出
}

(2)channel分爲有緩衝的channel和無緩衝的channel。兩種channel的建立方法以下：

ch := make(chan int) //無緩衝的channel，同等於make(chan int, 0)
ch := make(chan int, 5) //一個緩衝區大小爲5的channel

操做一個channel時必定要注意其是否帶有緩衝，由於有些操做會觸發channel的阻塞致使死鎖。下面就來解釋這些須要注意的情景。

首先來看一個一個例子，這個例子是兩段只有主函數不一樣的代碼：

package main
 
import "fmt"
 
func Afuntion(ch chan int) {
    fmt.Println("finish")
    <-ch
}
 
func main() {
    ch := make(chan int) //無緩衝的channel
    go Afuntion(ch)
    ch <- 1
    
    // 輸出結果：
    // finish
}

package main
 
import "fmt"
 
func Afuntion(ch chan int) {
    fmt.Println("finish")
    <-ch
}
 
func main() {
    ch := make(chan int) //無緩衝的channel
    //只是把這兩行的代碼順序對調一下
    ch <- 1
    go Afuntion(ch)
 
    // 輸出結果：
    // 死鎖，無結果
}

前一段代碼最終會輸出"finish"並正常結束，可是後一段代碼會發生死鎖。爲何會出現這種現象呢，我們把上面兩段代碼的邏輯跑一下。

 

第一段代碼：

        1. 建立了一個無緩衝channel

        2. 啓動了一個goroutine，這個routine中對channel執行取出操做，可是由於這時候channel爲空，因此這個取出操做發生阻塞，可是主routine可沒有發生阻塞，它還在繼續運行呢

        3. 主goroutine這時候繼續執行下一行，往channel中放入了一個數據

        4. 這時阻塞的那個routine檢測到了channel中存在數據了，因此接觸阻塞，從channel中取出數據，程序就此完畢

 

第二段代碼：

        1.  建立了一個無緩衝的channel

        2.  主routine要向channel中放入一個數據，可是由於channel沒有緩衝，至關於channel一直都是滿的，因此這裏會發生阻塞。但是下面的那個goroutine尚未建立呢，主routine在這裏一阻塞，整個程序就只能這麼一直阻塞下去了，而後。。。而後就沒有而後了。。死鎖！

 

※從這裏能夠看出，對於無緩衝的channel，放入操做和取出操做不能再同一個routine中，並且應該是先確保有某個routine對它執行取出操做，而後才能在另外一個routine中執行放入操做。

 

對於帶緩衝的channel，就沒那麼多講究了，由於有緩衝空間，因此只要緩衝區不滿，放入操做就不會阻塞，一樣，只要緩衝區不空，取出操做就不會阻塞。並且，帶有緩衝的channel的放入和取出能夠用在同一個routine中。

可是，並非說有了緩衝就能夠隨意使用channel的放入和取出了，咱們必定要注意放入和取出的速率問題。下面咱們就舉個例子來講明這種問題：

咱們常常會用利用channel自動阻塞的性質來控制當前運行的goroutine的總數量，以下：

package main
 
import (
    "fmt"
)
 
func Afunction(ch chan int) {
    fmt.Println("finish")
    <-ch //goroutine執行完了就從channel取出一個數據
}
 
func main() {
    ch := make(chan int, 10)
    for i := 0; i < 1000; i++ {
        //每當建立goroutine的時候就向channel中放入一個數據，若是裏面已經有10個數據了，就會
        //阻塞，由此咱們將同時運行的goroutine的總數控制在<=10個的範圍內
        ch <- 1
        go Afunction(ch)
    }
    // 這裏只是示範個例子，固然，接下來應該有些更加周密的同步操做
}

上面這種channel的使用方式幾乎常常會用到，可是再看一下接下來這段代碼，它和上面這種使用channel的方式幾乎同樣，可是它會形成問題：

package main
func Afunction(ch chan int) {
    ch <- 1
    ch <- 1
    ch <- 1
    ch <- 1
    ch <- 1
 
    <-ch
}
 
func main() {
    //主routine的操做同上面那段代碼
    ch := make(chan int, 10)
    for i := 0; i < 100; i++ {
        ch <- 1
        go Afunction(ch)
    }
 
    // 這段代碼運行的結果爲死鎖
}

上面這段運行和以前那一段基本上原理是同樣的，可是運行後卻會發生死鎖。爲何呢？其實總結起來就一句話，"放得太快，取得太慢了"。

按理說，咱們應該在咱們主routine中建立子goroutine並每次向channel中放入數據，而子goroutine負責從channel中取出數據。可是咱們的這段代碼在建立了子goroutine後，每一個routine會向channel中放入5個數據。這樣，每向channel中放入6個數據纔會執行一次取出操做，這樣一來就可能會有某一時刻，channel已經滿了，可是全部的routine都在執行放入操做(由於它們當前執行放入操做的機率是執行取出操做的6倍)，這樣一來，全部的routine都阻塞了，從而致使死鎖。

在使用帶緩衝的channel時必定要注意放入與取出的速率問題。

 (3)關閉後的channel能夠取數據，可是不能放數據。並且，channel在執行了close()後並無真的關閉，channel中的數據所有取走以後纔會真正關閉。

package main
func main() {
    ch := make(chan int, 5)
    ch <- 1
    ch <- 1
    close(ch)
    ch <- 1 //不能對關閉的channel執行放入操做
        
        // 會觸發panic
}

package main
func main() {
    ch := make(chan int, 5)
    ch <- 1
    ch <- 1
    close(ch)
    <-ch //只要channel還有數據，就可能執行取出操做
 
        //正常結束
}

package main
 
import "fmt"
 
func main() {
    ch := make(chan int, 5)
    ch <- 1
    ch <- 1
    ch <- 1
    ch <- 1
    close(ch)  //若是執行了close()就當即關閉channel的話，下面的循環就不會有任何輸出了
    for {
        data, ok := <-ch
        if !ok {
            break
        }
        fmt.Println(data)
    }
    
    // 輸出：
    // 1
    // 1
    // 1
    // 1
    // 
    // 調用了close()後，只有channel爲空時，channel纔會真的關閉
}

 

3、使用channel控制goroutine數量

channel的性質到這裏就介紹完了，可是看上去，channel的使用彷佛比WaitGroup要注意更多的細節，那麼有什麼理由必定要用channel來實現同步呢？channel相比WaitGroup有一個很大的優勢，就是channel不只能夠實現協程的同步，並且能夠控制當前正在運行的goroutine的總數。

下面就介紹幾種利用channel控制goroutine數量的方法：

1.若是任務數量是固定的：

ackage main
func Afunction(ch chan int) {
    ch <- 1
}
 
func main() {
    var (
        ch        chan int = make(chan int, 20) //能夠同時運行的routine數量爲20
        dutycount int      = 500
    )
    for i := 0; i < dutycount; i++ {
        go Afunction(ch)
    }
 
    //知道了任務總量，能夠像這樣利用固定循環次數的循環檢測全部的routine是否工做完畢
    for i := 0; i < dutycount; i++ {
        <-ch
    }
}

2.若是任務的數量不固定

package main
 
import (
    "fmt"
)
 
func Afunction(routineControl chan int, feedback chan string) {
    defer func() {
        <-routineControl
        feedback <- "finish"
    }()
 
    // do some process
    // ...
}
 
func main() {
    var (
        routineCtl chan int    = make(chan int, 20)
        feedback   chan string = make(chan string, 10000)
 
        msg      string
        allwork  int
        finished int
    )
    for i := 0; i < 1000; i++ {
        routineCtl <- 1
        allwork++
        go Afunction(routineCtl, feedback)
    }
 
    for {
        msg = <-feedback
        if msg == "finish" {
            finished++
        }
        if finished == allwork {
            break
        }
    }
}

 

4、不要使用無限循環檢查goroutine是否完成工做

 在使用goroutine時，咱們常常會寫出這樣的代碼：

package main
 
import (
    "fmt"
)
 
var (
    flag bool
    str  string
)
 
func foo() {
    flag = true
    str = "setup complete!"
}
 
func main() {
    go foo()
    for !flag {
        //按照咱們的本意，foo()執行完畢後，flag=true，循環就會退出。
        //可是其實這個循環永遠都不會退出
    }
    fmt.Println(str)
}

運行以後發現main中的無限循環永遠也沒法退出，因此Go中不要用這種無限輪詢的方式來檢查goroutine是否完成了工做。

 

咱們能夠經過使用channel，讓foo()和main()實現通訊，讓foo()執行完畢後經過channel發送一個消息給main()，告訴它本身的事兒完成了，而後main()收到消息後繼續執行其餘操做：

package main
 
import (
    "fmt"
)
 
var (
    flag bool
    str  string
)
 
func foo(ch chan string) {
    flag = true
    str = "setup complete!"
    ch <- "I'm complete." //foo():個人任務完成了，發個消息給你~
}
 
func main() {
    ch := make(chan string)
    go foo(ch)
    <-ch //main():OK，收到你的消息了~
    for !flag {
    }
    fmt.Println(str)
}

 

 

 

 

 

本文轉自：http://blog.csdn.net/gophers/article/details/24665419