在上一节的内容中,我们介绍了Go的类型转换,包括:断言类型转换、显式类型转换、隐式类型转换、strconv包等。在本节中,我们将介绍Go的并发。Go语言以其强大的并发模型而闻名,其并发特性主要通过以下几个元素来实现:Goroutines、Channels、WaitGroups、Mutex和Select。通过结合使用以上元素,Go语言提供了强大的并发支持,使得编写高效、高性能、高吞吐量的并发程序变得相对容易。
Goroutines是Go语言中轻量级的并发单元,可以与其他goroutine并发执行。它们在相同的地址空间内运行,但每个goroutine都有自己的栈和局部变量。Goroutine的启动和销毁开销很小,使得在程序中可以创建大量的Goroutine。相比于线程,Goroutine的创建和管理成本更低,因为它们不需要像线程一样分配固定的内存空间。此外,Goroutine之间可以通过Channels进行通信,避免使用共享内存和信号量等机制,从而避免了竞态条件和数据竞争等问题。
Goroutine是Go语言的主要并发原语,通常用于实现高并发的应用程序。Go运行时将Goroutine有效地调度到真实的线程上,以避免浪费资源。因此,可以轻松地创建大量的Goroutine(比如:每个请求一个Goroutine),并且可以编写简单的、命令式的阻塞代码。
Goroutine的语法格式为:
go
其中,go关键字表示启动一个新的Goroutine,func_name表示要启动的函数名,arguments表示传递给函数的参数列表。通过在函数调用前加上go关键字,可以启动一个新的Goroutine来执行该函数。这个Goroutine将与其他Goroutine并发执行,并且不需要显式地创建和管理线程。
在下面的示例代码中,我们使用go关键字启动了两个Goroutine来执行printMsg函数。每个Goroutine都会打印出相应的消息,并且通过time.Sleep函数来模拟一些耗时的操作。主Goroutine在启动了其他两个Goroutine之后会等待一段时间,以确保所有Goroutine都有足够的时间来执行完毕。
package main import ( "fmt" "time" ) func main() { // 启动第1个Goroutine go printMsg("Hello") // 启动第2个Goroutine go printMsg("CSDN") // 等待一段时间,以确保所有Goroutine执行完毕 time.Sleep(time.Second) } func printMsg(msg string) { for i := 0; i < 5; i++ { fmt.Println(msg) // 模拟耗时的操作 time.Sleep(200 * time.Millisecond) } }
注意:Goroutine之间的执行顺序是不确定的,因此每次运行程序都会得到不同的输出结果,这取决于Go运行时调度器的实现细节和系统负载等因素。
Channels是一种通信机制,用于在goroutines之间进行数据传输和同步操作。Channels支持发送和接收操作,并且可以在发送和接收操作之间进行阻塞,以实现同步。Channels的使用非常灵活,可以根据需要进行单向或双向数据传输。它们可以用于在不同的goroutines之间传递数据,以及实现数据共享。
在创建Channels时,可以指定其缓冲区大小,缓冲区的大小决定了可以存储在Channels中的数据量。如果空闲缓冲区为空,发送操作会被阻塞,直到有接收操作。如果空闲缓冲区已满,接收操作会被阻塞,直到有发送操作。这种机制可以实现数据在goroutines之间的有效传输和同步。
注意:不同类型的Channel有不同的性能和用途。无缓冲的Channel(即缓冲区大小为0)可以在发送和接收操作之间进行同步,而有缓冲的Channel可以提高并发性能,但需要小心处理缓冲区溢出的问题。
Channel的语法格式为:
chan
其中,type表示Channel中传输的数据类型。比如:chan int表示一个用于传输整数类型的Channel。除了指定数据类型之外,还可以使用chan来创建具有不同缓冲区大小的Channel。比如:chan int buffer(10)表示创建一个缓冲区大小为10的整数类型Channel。
除了使用chan来创建Channel之外,还可以使用内置的make函数来创建具有指定类型的Channel。比如:make(chan int)表示创建一个整数类型的无缓冲Channel。
在使用Channel时,可以使用以下操作进行数据传输和同步。
x := <-ch:从Channel中接收数据,并将接收到的数据赋值给变量x。
ch <- x:向Channel中发送数据,并将变量x的值发送到Channel中。
如果Channel被阻塞,则接收操作将阻塞直到有数据可用。如果发送操作导致缓冲区已满,则发送操作将阻塞直到有空间可用。
在下面的示例代码中,我们将数组分为两个切片,并通过两个goroutine来计算切片之和。在goroutine完成计算并将切片之和发送到通道后,main函数会从通道中接收数据,并计算最终的总和。
package main import "fmt" func sum(s []int, c chan int) { total := 0 for _, v := range s { total += v } // 把total发送到通道 c <- total } func main() { data := []int{1, 2, 3, 4, 5, 6} c := make(chan int) offset := len(data) / 2 go sum(data[:offset], c) go sum(data[offset:], c) // 从通道中接收结果 x, y := <-c, <-c // 输出:15 6 21 或 6 15 21 fmt.Println(x, y, x + y) }
除了逐个接收数据之外,还可以通过range关键字来遍历读取到的数据。注意:使用range遍历时,需要确保发送完数据后,及时调用close()函数来关闭通道。否则,range遍历不会结束,会一直阻塞等待接收新的数据。
在下面的示例代码中,我们首先使用make函数创建了一个整数类型的Channel。然后,我们启动一个匿名的Goroutine来循环发送数字10至50到Channel中,并在发送完毕后关闭Channel。最后,我们在主Goroutine中使用range关键字来迭代接收Channel中的数据,并将其打印输出。
通过调用close函数可关闭一个Channel,关闭Channel表示再也不会向该Channel发送任何数据。对于已经发送到Channel中的数据,仍然可以被接收。由于Channel已经被关闭,迭代接收数据将自动停止。
package main import "fmt" func main() { // 创建一个整数类型的Channel ch := make(chan int) // 启动一个Goroutine go func() { for i := 10; i <= 50; i += 10 { // 发送数据到Channel ch <- i fmt.Println("sub routine:", i) } // 关闭Channel close(ch) }() // 从Channel接收数据,依次输出:10 20 30 40 50 for num := range ch { fmt.Println(num) } }
在Go语言中,WaitGroups是sync包中的一个类型,用于等待一组Goroutine执行完成。它提供了一种方便的方式,以确保所有的Goroutine都执行完毕后,再继续执行后续的逻辑。
WaitGroups的使用比较简单:首先,需要创建一个WaitGroups实例;然后,通过调用Add()函数增加等待的Goroutine数量,每个Goroutine执行完毕后要调用Done()函数进行计数减一;最后,在主Goroutine中调用Wait()函数来等待所有的Goroutine都执行完毕。
在下面的示例代码中,我们创建了一个WaitGroups实例wg,然后通过调用Add()函数增加了两个Goroutine。每个Goroutine中使用defer语句调用Done()函数来标记该Goroutine的执行完成。最后,在主Goroutine中调用Wait()函数来等待所有的Goroutine都执行完毕,然后继续执行后续的逻辑。
package main import "fmt" import "sync" import "time" func main() { var wg sync.WaitGroup // 启动第一个Goroutine wg.Add(1) go func() { defer wg.Done() fmt.Println("Goroutine 1 started") time.Sleep(1 * time.Second) fmt.Println("Goroutine 1 finished") }() // 启动第二个Goroutine wg.Add(1) go func() { defer wg.Done() fmt.Println("Goroutine 2 started") time.Sleep(2 * time.Second) fmt.Println("Goroutine 2 finished") }() // 等待所有Goroutine执行完毕 wg.Wait() // 所有Goroutine执行完毕后,继续执行后续逻辑 fmt.Println("All Goroutines finished") }
在Go语言中,mutex是一种用于实现并发安全的锁机制。它提供了一种简单的方式来保护共享资源,以避免多个Goroutine同时访问和修改数据,从而导致竞争条件或数据不一致的问题。mutex通常是通过sync.Mutex类型来实现的,这个类型提供了两个函数:Lock和Unlock。
在下面的示例代码中,我们定义了一个全局变量counter和一个sync.Mutex类型的变量mutex。在increment函数中,我们使用mutex.Lock()来锁定mutex,以确保在同一时间只有一个Goroutine可以访问和修改counter。在完成对counter的修改后,使用defer mutex.Unlock()来解锁mutex,以确保在函数返回之前释放锁,从而允许其他Goroutine获取锁并访问共享资源。最后,在主函数中,我们启动了5个并发的Goroutine来增加计数器的值,并等待一段时间后打印最终的计数结果。
package main import "fmt" import "sync" import "time" var ( counter int mutex sync.Mutex ) func increment() { // 锁定mutex,确保同一时间只有一个Goroutine可以访问和修改counter mutex.Lock() defer mutex.Unlock() // 增加计数器的值 fmt.Println("Current counter:", counter) counter++ } func main() { // 启动5个并发的Goroutine来增加计数器的值 for i := 0; i < 5; i++ { go increment() } // 等待所有Goroutine执行完毕 time.Sleep(time.Second) fmt.Println("Final counter:", counter) }
select语句用于在多个通道操作之间进行选择,它允许你等待多个通道操作中的任意一个完成,然后执行对应的代码块。其语法如下:
select { case <-channel1: // 执行channel1操作完成的代码块 case <-channel2: // 执行channel2操作完成的代码块 case <-channel3: // 执行channel3操作完成的代码块 default: // 如果没有任何通道操作完成,执行default代码块 }
在select语句中,每个case子句必须是一个通道操作。当其中一个通道操作完成时,对应的代码块将被执行。如果没有任何通道操作完成,且存在default子句,则执行default代码块。
在下面的示例代码中,我们创建了三个通道,并使用三个Goroutine分别向这三个通道发送消息。然后,在select语句中等待哪个通道先完成操作,并打印收到的消息。由于发送消息的Goroutine使用了不同的延迟时间,因此最终打印的消息取决于哪个通道最先完成操作。
package main import "fmt" import "time" func func1(channel1 chan string) { time.Sleep(1 * time.Second) channel1 <- "Channel 1" } func func2(channel2 chan string) { time.Sleep(2 * time.Second) channel2 <- "Channel 2" } func func3(channel3 chan string) { time.Sleep(3 * time.Second) channel3 <- "Channel 3" } func main() { channel1 := make(chan string) channel2 := make(chan string) channel3 := make(chan string) go func1(channel1) go func2(channel2) go func3(channel3) select { case msg1 := <-channel1: fmt.Println("Received from Channel 1:", msg1) case msg2 := <-channel2: fmt.Println("Received from Channel 2:", msg2) case msg3 := <-channel3: fmt.Println("Received from Channel 3:", msg3) } }