【Go并发编程】第二篇 - Goroutines和Channels

Goroutines

Goroutine是Go中最基本的执行单元。事实上每个Go程序至少有一个goroutine：主goroutine。当程序启动时，它会自动建立。

事实上goroutine采用了一种fork-join的模型。

sayHello := func() {
    fmt.Println("hello")
}

go sayHello()

那咱们如何来join goroutine呢？须要引入wait操做：

var wg sync.WaitGroup()
sayHello := func() {
    defer wg.Done()
    fmt.Println("hello")
}

wg.Add(1)
go sayHello()
wa.Wait()

Channel

读写channel

goroutine是Go语言的基本调度单位，而channels则是它们之间的通讯机制。操做符<-用来指定管道的方向，发送或接收。若是未指定方向，则为双向管道。

// 建立一个双向channel
ch := make(chan interface{})

interface{}表示chan能够为任何类型

channel有发送和接受两个主要操做。发送和接收两个操做都使用<-运算符。在发送语句中，channel放<-运算符左边。在接收语句中，channel放<-运算符右边。一个不使用接收结果的接收操做也是合法的。

// 发送操做
ch <- x 
// 接收操做
x = <-ch 
// 忽略接收到的值，合法
<-ch

咱们不能弄错channel的方向：

writeStream := make(chan<- interface{})
readStream := make(<-chan interface{})

<-writeStream
readStream <- struct{}{}

关闭channel

Channel支持close操做，用于关闭channel，后面对该channel的任何发送操做都将致使panic异常。对一个已经被close过的channel进行接收操做依然能够接受到以前已经成功发送的数据；若是channel中已经没有数据的话将产生一个零值的数据。

从已经关闭的channel中读：

intStream := make(chan int) 
close(intStream)
integer, ok := <- intStream
fmt.Pritf("(%v): %v", ok, integer)
// (false): 0

上面例子中经过返回值ok来判断channel是否关闭，咱们还能够经过range这种更优雅的方式来处理已经关闭的channel：

intStream := make(chan int) 
go func() {
    defer close(intStream) 
    for i:=1; i<=5; i++{ 
        intStream <- i 
    }
}()

for integer := range intStream { 
    fmt.Printf("%v ", integer)
}
// 1 2 3 4 5

带缓冲（buffered）的channel

建立了一个能够持有三个字符串元素的带缓冲Channel：

ch = make(chan string, 3)

咱们能够在无阻塞的状况下连续向新建立的channel发送三个值：

ch <- "A"
ch <- "B"
ch <- "C"

此刻，channel的内部缓冲队列将是满的，若是有第四个发送操做将发生阻塞。

若是咱们接收一个值：

fmt.Println(<-ch) // "A"

那么channel的缓冲队列将不是满的也不是空的，所以对该channel执行的发送或接收操做都不会发生阻塞。经过这种方式，channel的缓冲队列缓冲解耦了接收和发送的goroutine。

带缓冲的信道可被用做信号量，例如限制吞吐量。在此例中，进入的请求会被传递给 handle，它从信道中接收值，处理请求后将值发回该信道中，以便让该 “信号量” 准备迎接下一次请求。信道缓冲区的容量决定了同时调用 process 的数量上限。

var sem = make(chan int, MaxOutstanding)

func handle(r *Request) {
    sem <- 1 // 等待活动队列清空。
    process(r)  // 可能须要很长时间。
    <-sem    // 完成；使下一个请求能够运行。
}

func Serve(queue chan *Request) {
    for {
        req := <-queue
        go handle(req)  // 无需等待 handle 结束。
    }
}

然而，它却有个设计问题：尽管只有 MaxOutstanding 个 goroutine 能同时运行，但 Serve 仍是为每一个进入的请求都建立了新的 goroutine。其结果就是，若请求来得很快， 该程序就会无限地消耗资源。为了弥补这种不足，咱们能够经过修改 Serve 来限制建立 Go 程，这是个明显的解决方案，但要小心咱们修复后出现的 Bug。

func Serve(queue chan *Request) {
    for req := range queue {
        sem <- 1
        go func() {
            process(req) // 这儿有 Bug，解释见下。
            <-sem
        }()
    }
}

Bug 出如今 Go 的 for 循环中，该循环变量在每次迭代时会被重用，所以 req 变量会在全部的 goroutine 间共享，这不是咱们想要的。咱们须要确保 req 对于每一个 goroutine 来讲都是惟一的。有一种方法可以作到，就是将 req 的值做为实参传入到该 goroutine 的闭包中：

func Serve(queue chan *Request) {
    for req := range queue {
        sem <- 1
        go func(req *Request) {
            process(req)
            <-sem
        }(req)
    }
}

另外一种解决方案就是以相同的名字建立新的变量，如例中所示：

func Serve(queue chan *Request) {
    for req := range queue {
        req := req // 为该 Go 程建立 req 的新实例。
        sem <- 1
        go func() {
            process(req)
            <-sem
        }()
    }
}

下面再看一个Go语言圣经的例子。它并发地向三个镜像站点发出请求，三个镜像站点分散在不一样的地理位置。它们分别将收到的响应发送到带缓冲channel，最后接收者只接收第一个收到的响应，也就是最快的那个响应。所以mirroredQuery函数可能在另外两个响应慢的镜像站点响应以前就返回告终果。

func mirroredQuery() string {
    responses := make(chan string, 3)
    go func() { responses <- request("asia.gopl.io") }()
    go func() { responses <- request("europe.gopl.io") }()
    go func() { responses <- request("americas.gopl.io") }()
    // 仅仅返回最快的那个response
    return <-responses 
}

func request(hostname string) (response string) { /* ... */ }

若是咱们使用了无缓冲的channel，那么两个慢的goroutines将会由于没有人接收而被永远卡住。这种状况，称为goroutines泄漏，这将是一个BUG。和垃圾变量不一样，泄漏的goroutines并不会被自动回收，所以确保每一个再也不须要的goroutine能正常退出是重要的。

Channels of channels

Go 最重要的特性就是信道是first-class value，它能够被分配并像其它值处处传递。 这种特性一般被用来实现安全、并行的多路分解。

咱们能够利用这个特性来实现一个简单的RPC。
如下为 Request 类型的大概定义。

type Request struct {
    args        []int
    f           func([]int) int
    resultChan  chan int
}

客户端提供了一个函数及其实参，此外在请求对象中还有个接收应答的信道。

func sum(a []int) (s int) {
    for _, v := range a {
        s += v
    }
    return
}

request := &Request{[]int{3, 4, 5}, sum, make(chan int)}
// 发送请求
clientRequests <- request
// 等待回应
fmt.Printf("answer: %d\n", <-request.resultChan)

服务端的handler函数：

func handle(queue chan *Request) {
    for req := range queue {
        req.resultChan <- req.f(req.args)
    }
}

Channels pipeline

Channels也能够用于将多个goroutine链接在一块儿，一个Channel的输出做为下一个Channel的输入。这种串联的Channels就是所谓的管道（pipeline）。下面的程序用两个channels将三个goroutine串联起来：

第一个goroutine是一个计数器，用于生成0、一、二、……形式的整数序列，而后经过channel将该整数序列发送给第二个goroutine；第二个goroutine是一个求平方的程序，对收到的每一个整数求平方，而后将平方后的结果经过第二个channel发送给第三个goroutine；第三个goroutine是一个打印程序，打印收到的每一个整数。

func counter(out chan<- int) {
    for x := 0; x < 100; x++ {
        out <- x
    }
    close(out)
}

func squarer(out chan<- int, in <-chan int) {
    for v := range in {
        out <- v * v
    }
    close(out)
}

func printer(in <-chan int) {
    for v := range in {
        fmt.Println(v)
    }
}

func main() {
    naturals := make(chan int)
    squares := make(chan int)

    go counter(naturals)
    go squarer(squares, naturals)
    printer(squares)
}

Select多路复用

select用于从一组可能的通信中选择一个进一步处理。若是任意一个通信均可以进一步处理，则从中随机选择一个，执行对应的语句。不然，若是又没有默认分支（default case），select语句则会阻塞，直到其中一个通信完成。

select {
case <-ch1:
    // ...
case x := <-ch2:
    // ...use x...
case ch3 <- y:
    // ...
default:
    // ...
}

如何使用select语句为一个操做设置一个时间限制。代码会输出变量news的值或者超时消息，具体依赖于两个接收语句哪一个先执行：

select {
case news := <-NewsAgency:
    fmt.Println(news)
case <-time.After(time.Minute):
    fmt.Println("Time out: no news in one minute.")
}

下面的select语句会在abort channel中有值时，从其中接收值；无值时什么都不作。这是一个非阻塞的接收操做；反复地作这样的操做叫作“轮询channel”。

select {
case <-abort:
    fmt.Printf("Launch aborted!\n")
    return
default:
    // do nothing
}

参考资料。

1. Concurrency in Go
2. gopl
3. Effective Go