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Golang 并发以及通道的使用方式

2024-04-02 19:04:59 162人浏览泡泡鱼

摘要

golang最擅长的就是并发编程，使用Golang可以很方便的进行并发编程。先看一段普通的代码 package main import ( "fmt" "time" )

golang最擅长的就是并发编程，使用Golang可以很方便的进行并发编程。先看一段普通的代码


package main 
import (
 "fmt"
 "time"
)
 
func Foo(i int) {
 fmt.Printf("%d will sleep\n", i)
 time.Sleep(5 * time.Second)
 fmt.Printf("%d wake up\n", i)
}
 
func main() {
 for i := 0; i < 5; i++ {
 Foo(i)
 }
}

输出为


0 will sleep
0 wake up
1 will sleep
1 wake up
2 will sleep
2 wake up
3 will sleep
3 wake up
4 will sleep
4 wake up

大概要执行25秒的时间，因为我们的foo中休眠5s，5次循环，去掉其他时间至少需要25秒时间执行完成。

现在，我们希望并发调用Foo函数，很简单，使用go关键字创建协程(协程比线程的执行更加轻量级)


package main
 
import (
 "fmt"
 "time"
) 
func Foo(i int) {
 fmt.Printf("%d will sleep\n", i)
 time.Sleep(5 * time.Second)
 fmt.Printf("%d wake up\n", i)
} 
func main() {
 for i := 0; i < 5; i++ {
 go Foo(i)
 } 
 time.Sleep(10 * time.Second)
}

在调用Foo前使用了go，这样就会并发执行，最后添加休眠10秒，是防止主进程结束，协程也被销毁。

下面的例子使用通道我们可以看到更优雅的解决方法


package main 
import (
 "fmt"
 "time"
)
 
func Foo(i int, ch chan int) {
 fmt.Printf("%d will sleep\n", i)
 time.Sleep(5 * time.Second)
 fmt.Printf("%d wake up\n", i)
 ch <- 1
}
 
func main() {
 ch := make(chan int)
 
 for i := 0; i < 5; i++ {
 go Foo(i, ch)
 }
 
 count := 0
 for count < 5 {
 count += <-ch
 }
}

通道属于复合类型，我们使用make函数创建通道，通道类型是int，也就是我们可以使用该通道传递int类型的值。

我们在主函数中向Foo函数传递通道作为参数，当Foo函数执行结束后，通过通道发送数字1(ch <- 1)，在主函数中我们进行计数，从通道中读取值(<- ch)，当通道中没有值的时候，我们将阻塞等待。

当五个协程都执行结束后退出循环。使用通道，我们还可以实现生产者和消费者模式。


package main 
import (
 "fmt"
 "math/rand"
)
 
func Consumer(ch <-chan int, result chan<- int) {
 sum := 0
 for i := 0; i < 5; i++ {
 sum += <-ch
 }
 
 result <- sum
}
 
func Producer(ch chan<- int) {
 var num int
 for i := 0; i < 5; i++ {
 rand.Seed(20)
 num = rand.Intn(100)
 ch <- num
 }
}
 
func main() {
 ch := make(chan int)
 result := make(chan int)
 go Producer(ch)
 go Consumer(ch, result)
 
 fmt.Printf("result: %d\n", <-result)
}

我们在生产者和消费者之间使用ch通道传递数据，使用reslut通道给主函数返回结果。注意观察Consumer函数和Producer函数的参数列表，这里通道参数的传递略有不同，指明了通道的方向，chan<-代表我们可以向通道写数据，但是不能使用通道读数据，<-chan正好相反，只能从通道中读取数据而不可以写入数据。

可以看到，go语言实现并发非常简单，借用通道，又可以在不同的协程之间方便的传输数据。

补充：golang通道的定义

一. 通道的定义

先上一段代码，


func main() {
 // 示例1
 //通道是一个先进先出（FIFO）的队列
 channel := make(chan int,3)
 channel <- 1
 channel <- 2
 channel <- 3
 fmt.Printf("the first channel value is %v\n",<-channel)
 v := <- channel
 fmt.Printf("the first channel value is %v\n",v)
 fmt.Printf("the first channel value is %v\n",<-channel)
 // 报错：fatal error: all goroutines are asleep - deadlock!
 // fmt.Printf("the first channel value is %v\n",<-channel)
}

优点：

go 语言自带的唯一一个并发安全性的类型

定义：使用go的内建函数make, chan 是关键字, int是通道类型的数据，3是通道容量大小，不能小于0，如果为0，则表示非缓冲通道。

性质：

1. 通道中发送操作是互斥的，接收操作也是互斥的，比如上面，往channel中发送1,2,3，这发生再三个时刻，同一时刻你不可能发送1同时发送2，接收操作也是同样的道理。

2. 发送和接收操作对同一个元素是原子性的，就是说上面市不可能往channe1中发送1的同时又把1从channel取出来，只有1这个元素完整的复制进channel中时，你才可以取出1这个元素来

3. 发送操作在完成之前会被阻塞，接收操作也是同理，比如你把1往channel完完整整地复制进去通道，这需要时间，在这个时间内，channel <- 1 这句代码之后的代码是不会得到执行的，这就是所谓的阻塞.

以上这三个性质，隐约的感觉到了，就是为了实现互斥同时保证元素的安全性

补充：

通道元素值移动的过程：比如把1发送到channel中，首先元素1复制一个副本发送到通道，等到要取走时，通道的副本1再复制一个副本2，给要取值的对方，等到对方完全取走后，通道里的副本1才会被删除。

二. 通道阻塞情况分析


func main() {
 // 示例2
 channel := make(chan int,3)
 channel <- 1
 channel <- 2
 channel <- 3
 // 报错1：fatal error: all goroutines are asleep - deadlock!
 //channel <- 4
 fmt.Printf("the first channel value is %v\n",<-channel)
 v := <- channel
 fmt.Printf("the first channel value is %v\n",v)
 fmt.Printf("the first channel value is %v\n",<-channel)
 // 报错2：fatal error: all goroutines are asleep - deadlock!
 //fmt.Printf("the first channel value is %v\n",<-channel)
 // 示例3
 channel2 := make(chan int,0)
 go func() {
 time.Sleep(time.Second*5)
 v := <- channel2
 fmt.Printf("the value is %v\n",v)
 }()
 channel2 <- 1
 fmt.Print("the time is over\n")
}

分析：

发生在通道缓存已满，但还忘通道里面发送元素，比如注释中的"报错1"处，因为通道的容量就是3，你写了1,2,3之后再往里面写这时就写不进一直阻塞再那里

发送再通道缓存已空，但是还想从通道中取值，比如注释中的"报错2"处，此时你已取走了1,2,3，你再取值时，已经为空就一直阻塞再那里

对于非缓冲通道，比如示例3,定义了一个channel2通道，容量为0，程序执行到“channel2 <- 1”处会阻塞，因为你忘里面发送元素了，而没有取走，后面的代码就不执行一直阻塞，直到这个值被取走了之后，才会被执行。就如上面再goroutine中只有5秒过后channel2的元素被取走给了v之后,“the time is over\n” 语句才会被执行输出。

三. 通道引发panic


func main() {
 // 示例4
 channel3 := make(chan int,2)
 channel3 <- 1
 channel3 <- 2
 close(channel3)
 // 报错3: panic: send on closed channel
 // channel3 <- 3
 // 报错4：panic: close of closed channel
 //close(channel3)
 // 示例5
 channel5 := make(chan int,2)
 channel5 <- 1
 channel5 <- 2
 v1,b1 := <- channel5
 fmt.Printf("v1:%v b1:%v\n",v1,b1)
 v2,b2 := <- channel5
 fmt.Printf("v2:%v b2:%v\n",v2,b2)
 close(channel5)
 v3,b3 := <- channel5
 fmt.Printf("v3:%v b3:%v\n",v3,b3)
 
 // 示例6
 channel6 := make(chan int,2)
 channel6 <- 1
 channel6 <- 2
 v4,b4 := <- channel6
 fmt.Printf("v4:%v b4:%v\n",v4,b4)
 close(channel6)
 v5,b5 := <- channel6
 fmt.Printf("v5:%v b5:%v\n",v5,b5)
 
}

往一个已经关闭了的通道里面发送值时会引发“panic”。比如上面注释报错3处，前面已执行“close(channel3)”关闭通道操作，再往里面发送值就会引发panic。

关闭一个已经关闭的通道时，会引发“panic”。比如上面注释“报错4”处。

示例5和示例6的区别仅仅在于关闭通道后，里面是否还有值剩余？假设有剩余，我们就可以从通道取值同时赋给两个变量，第二个变量是bool类型值，其为true表示取到了值，其为false表示没有取到值，这样仅仅可以避免引发“panic”,如果通道已经关闭且无元素值，则取出的第二个bool值为false;若从已关闭的通道里面（里面无剩余元素值）再次读取元素值，则第二个值为true。

总结：第二个bool值为false,则通道肯定关闭了，值为true,可能关闭也可能没有关闭

以上为个人经验，希望能给大家一个参考，也希望大家多多支持编程网。如有错误或未考虑完全的地方，望不吝赐教。

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