[译] 经过插图学习 Go 的并发

时间 2019-11-17

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原文地址：Learning Go’s Concurrency Through Illustrations

原文做者：Trevor Forrey

译文出自：掘金翻译计划

本文永久连接：github.com/xitu/gold-m…

译者：Elliott Zhao

校对者：CACppuccino

经过插图学习 Go 的并发

你极可能从各类各样的途径据说过 Go。它由于各类缘由而愈来愈受欢迎。Go 很快，很简单，而且拥有一个很棒的社区。并发模型是学习这门语言最使人兴奋的方面之一。Go 的并发原语使建立并发、多线程的程序变得简单而有趣。我将经过插图介绍 Go 的并发原语，但愿能让这些概念更加清晰而有助于未来的学习。本文适用于 Go 的新手，而且想要了解Go的并发原语：Go 例程和通道。前端

单线程程序与多线程程序

你可能之前写过不少单线程程序。编程中一种常见的模式是用多个函数来完成一个特定的任务，但只有在程序的前一部分为下一个函数准备好数据时才会调用它们。android

这就是咱们设立的第一个例子，采矿程序。这个例子中的函数执行：寻矿，挖矿和炼矿。在咱们的例子中，矿坑和矿石被表示为一个字符串数组，每一个函数接收它们并返回一个“处理好的”字符串数组。对于单线程应用程序，程序设计以下。ios

有3个主要函数。一个寻矿者，一个矿工和一个冶炼工。在这个版本的程序中，咱们的函数在单个线程上运行，一个接一个地运行 - 而这个单线程（名为 Gary 的 gopher）须要完成全部工做。git

func main() {
 theMine := [5]string{“rock”, “ore”, “ore”, “rock”, “ore”}
 foundOre := finder(theMine)
 minedOre := miner(foundOre)
 smelter(minedOre)
}
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在每一个函数的末尾打印出处理后的“矿石”数组，咱们获得如下输出：github

From Finder: [ore ore ore]

From Miner: [minedOre minedOre minedOre]

From Smelter: [smeltedOre smeltedOre smeltedOre]
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这种编程风格具备易于设计的优势，可是当你想要利用多个线程并执行彼此独立的功能的时候，会发生什么状况？这是并发编程发挥做用的地方。编程

这种采矿设计更有效率。如今多线程（gopher 们）独立工做；所以，并非让 Gary 完成整个行动。有一个 gopher 寻找矿石，一个开采矿石，另外一个冶炼矿石——可能所有在同一时间进行。后端

为了让咱们将这种类型的功能带入咱们的代码中，咱们须要两件事：一种建立独立工做的 gopher 的方法，以及一种让 gopher 们相互沟通（发送矿石）的方法。这就是 Go 并发原语进场的地方：Go 例程和通道。数组

Go 例程

Go 例程能够被认为是轻量级线程。建立 Go 例程简单到只须要将 go 添加到调用函数的开始。举一个简单的例子，让咱们建立两个寻矿函数，使用 go 关键字调用它们，并在他们每次在矿中发现“矿石”时将其打印出来。bash

func main() {
 theMine := [5]string{“rock”, “ore”, “ore”, “rock”, “ore”}
 go finder1(theMine)
 go finder2(theMine)
 <-time.After(time.Second * 5) //你能够先忽略这个
}
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如下是咱们程序的输出结果：多线程

Finder 1 found ore!
Finder 2 found ore!
Finder 1 found ore!
Finder 1 found ore!
Finder 2 found ore!
Finder 2 found ore!
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从上面的输出中能够看到，寻矿者正在同时运行。谁先发现矿石并无真正的顺序，而且当屡次运行时，顺序并不老是相同的。

这是伟大的进步！如今咱们有一个简单的方法来创建一个多线程（多 Gopher）程序，可是当咱们须要咱们独立的 Go 例程相互通讯时会发生什么？欢迎来到神奇的通道世界。

通道

通道容许例程彼此通讯。您能够将通道视为管道，从中能够发送和接收来自其余 Go 例程的信息。

myFirstChannel := make(chan string)
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Go 例程能够在通道上发送和接收。这是经过使用指向数据的方向的箭头（<-）来完成的。

myFirstChannel <- "hello" // 发送
myVariable := <- myFirstChannel // 接收
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如今经过使用一个通道，咱们可让咱们的寻矿 gopher 当即将他们发现的东西发送给咱们的挖矿 gopher，而无需等待所有发现。

我已经更新了示例，因而寻矿代码和挖矿函数被设置为匿名函数。若是你历来没有见过lambda函数，不要过多地关注程序的那一部分，只要知道每一个函数都是用 go 关键字调用的，因此它们正在在本身的例程上运行。重要的是注意 Go 例程如何使用通道 oreChan 在彼此之间传递数据。别担忧，我会在最后解释匿名函数。

func main() {
 theMine := [5]string{“ore1”, “ore2”, “ore3”}
 oreChan := make(chan string)

 // 寻矿者
 go func(mine [5]string) {
  for _, item := range mine {
   oreChan <- item //send
  }
 }(theMine)

 // 矿工
 go func() {
  for i := 0; i < 3; i++ {
   foundOre := <-oreChan //接收
   fmt.Println(“Miner: Received “ + foundOre + “ from finder”)
  }
 }()
 <-time.After(time.Second * 5) // 仍是先忽略这个
}
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在下面的输出中，您能够看到咱们的矿工三次经过矿石通道读取，每次接收到一块“矿石”。

Miner: Received ore1 from finder

Miner: Received ore2 from finder

Miner: Received ore3 from finder

太好了，如今咱们能够在程序中的不一样 Go 例程（gophers）之间发送数据。在咱们开始编写带有通道的复杂程序以前，让咱们首先介绍一些理解通道属性的关键点。

通道阻塞

在多种状况下，通道会阻塞例程。这容许咱们的 Go 例程在彼此踏上各自的愉悦旅途以前先进行同步。

发送阻塞

一旦一个 Go 例程（gopher）在一个通道上发送，进行发送的 Go 例程就会阻塞，直到另外一个 Go 例程收到通道发送的信息为止。

接收阻塞

相似于在通道上发送后的阻塞，Go例程在等待从通道获取值，但尚未发送给它的时候会阻塞。

一开始，阻塞可能有点难以理解，但你能够把它想象成两个 Go 例程（gophers）之间的交易。不管 gopher 是等待金钱仍是汇款，都会等待交易中的其余合做伙伴出现。

如今咱们对 Go 例程经过通道进行通讯的时候会阻塞的不一样方式有了一个印象，让咱们讨论两种不一样类型的通道：无缓冲，和缓冲。选择使用什么类型的通道能够改变你的程序的行为。

无缓冲通道

在以前的全部例子中，咱们都使用了无缓冲的通道。它们的特殊之处在于，一次只有一条数据可以经过通道。

缓冲通道

在并发程序中，时序并不老是完美的。在咱们的采矿案例中，咱们可能会遇到这样一种状况：咱们的寻矿 gopher 能够在矿工 gopher 处理一块矿石的时间内找到 3 块矿石。为了避免让寻矿 gopher 把大部分时间花费在等待给矿工 gopher 的工做完成上，咱们可使用缓冲通道。让咱们开始作一个容量为 3 的缓冲通道。

bufferedChan := make(chan string, 3)
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缓冲通道的工做原理相似于无缓冲通道，仅有一点不一样 —— 咱们能够在须要另外的 Go 例程读取通道以前将多条数据发送到通道。

bufferedChan := make(chan string, 3)

go func() {
 bufferedChan <- "first"
 fmt.Println("Sent 1st")
 bufferedChan <- "second"
 fmt.Println("Sent 2nd")
 bufferedChan <- "third"
 fmt.Println("Sent 3rd")
}()

<-time.After(time.Second * 1)

go func() {
 firstRead := <- bufferedChan
 fmt.Println("Receiving..")
 fmt.Println(firstRead)
 secondRead := <- bufferedChan
 fmt.Println(secondRead)
 thirdRead := <- bufferedChan
 fmt.Println(thirdRead)
}()
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咱们两个 Go 例程之间的打印顺序是：

Sent 1st
Sent 2nd
Sent 3rd
Receiving..
first
second
third
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为了简单起见，咱们不会在最终程序中使用缓冲通道，但了解并发工具带中可用的通道类型很重要。

注意：使用缓冲通道不会阻止阻塞的发生。例如，若是寻矿 gopher 比矿工快 10 倍，而且它们经过大小为 2 的缓冲通道进行通讯，则发现 gopher 仍将在程序中屡次阻塞。

把它们结合起来

如今凭借 Go 例程和通道的强大功能，咱们能够编写一个程序，使用 Go 的并发原语来充分利用多线程。

theMine := [5]string{"rock", "ore", "ore", "rock", "ore"}
oreChannel := make(chan string)
minedOreChan := make(chan string)
// Finder
go func(mine [5]string) {
 for _, item := range mine {
  if item == "ore" {
   oreChannel <- item //在 oreChannel 上发送东西
  }
 }
}(theMine)
// Ore Breaker
go func() {
 for i := 0; i < 3; i++ {
  foundOre := <-oreChannel //从 oreChannel 上读取
  fmt.Println("From Finder: ", foundOre)
  minedOreChan <- "minedOre" //向 minedOreChan 发送
 }
}()
// Smelter
go func() {
 for i := 0; i < 3; i++ {
  minedOre := <-minedOreChan //从 minedOreChan 读取
  fmt.Println("From Miner: ", minedOre)
  fmt.Println("From Smelter: Ore is smelted")
 }
}()
<-time.After(time.Second * 5) // 仍是同样，你能够忽略这些
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程序的输出以下：

From Finder:  ore

From Finder:  ore

From Miner:  minedOre

From Smelter: Ore is smelted

From Miner:  minedOre

From Smelter: Ore is smelted

From Finder:  ore

From Miner:  minedOre

From Smelter: Ore is smelted
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与咱们原来的例子相比，这是一个很大的改进！如今，咱们的每一个函数都是独立运行在本身的 Go 例程上的。另外，每一块矿石在处理以后，都会进入咱们采矿线的下一个阶段。

为了将注意力集中在了解通道和 Go 例程的基础知识上，有一些我没有提到的重要信息 —— 若是你不知道，当你开始编程时可能会形成一些麻烦。如今您已了解 Go 例程和通道的工做原理，让咱们在开始使用 Go 例程和通道编写代码以前，先了解一些您应该了解的信息。

在出发前，你应该知道……

匿名 Go 例程

相似于咱们可使用 go 关键字设置一个能够运行本身的 Go 例程的函数，咱们可使用如下格式建立一个匿名函数来运行本身的 Go 例程：

// 匿名 Go 例程
go func() {
 fmt.Println("I'm running in my own go routine")
}()
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这样，若是咱们只须要调用一次函数，咱们能够将它放在本身的 Go 例程中运行，而不用担忧建立官方函数声明。

主函数是一个 Go 例程

主程序其实是在本身的 Go 例程中运行的！更重要的是要知道，一旦主函数返回，它将关闭其它全部正在运行的例程。这就是为何咱们在主函数底部有一个计时器 —— 它建立了一个通道，并在 5 秒后发送了一个值。

<-time.After(time.Second * 5) //在 5 秒后从通道接收
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还记得一个 Go 例程是如何阻塞一个读取，直到一些东西被发送的吗？经过添加上面的代码，这正是主例程发生的状况。主例程会阻塞，给咱们其余的例程 5 秒额外的生命运行。

如今有更好的方法来处理阻塞主函数，直到全部其余的 Go 例程完成。一般的作法是建立一个主函数在等待读取时阻塞的 done 通道。一旦你完成你的工做，写入这个通道，程序将结束。

func main() {
 doneChan := make(chan string)
 go func() {
  // Do some work…
  doneChan <- “I’m all done!”
 }()
 
 <-doneChan // 阻塞直到 Go 例程发出工做完成的信号
}
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您能够在通道上范围取值

在前面的例子中，咱们让咱们的矿工在 for 循环中经历了 3 次迭代读取通道。若是咱们不知道究竟寻矿者会发送多少矿石，会发生什么？那么，相似于在集合上范围取值，你能够在通道上范围取值。

更新咱们之前的矿工函数，咱们能够写：

// 矿工
 go func() {
  for foundOre := range oreChan {
   fmt.Println(“Miner: Received “ + foundOre + “ from finder”)
  }
 }()
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因为矿工须要读取寻矿者发送给他的全部内容，所以在此通道上范围取值可以确保咱们收到发送的全部内容。

注意：对通道进行范围取值将会阻塞通道，直到通道上发送另外一个包裹。在发生全部发送以后，阻止 Go 例程阻塞的惟一方法是经过关闭通道 'close(channel)'。

您能够在通道上进行非阻塞读取

但你刚才告诉咱们的全是通道如何阻塞 Go 例程？！没错，可是有一种技术可使用 Go 的 select case 结构在通道上进行非阻塞式读取。经过使用下面的结构，若是有东西的话，您的 Go 例程将从通道中读取，不然运行默认状况。

myChan := make(chan string)
 
go func(){
 myChan <- “Message!”
}()
 
select {
 case msg := <- myChan:
  fmt.Println(msg)
 default:
  fmt.Println(“No Msg”)
}
<-time.After(time.Second * 1)
select {
 case msg := <- myChan:
  fmt.Println(msg)
 default:
  fmt.Println(“No Msg”)
}
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运行时，此示例具备如下输出：

No Msg  
Message!
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您也能够在通道上进行非阻塞式发送

非阻塞发送使用相同的 select case 结构来执行其非阻塞操做，惟一的区别是咱们的状况看起来像发送而不是接收。

select {  
 case myChan <- “message”:  
  fmt.Println(“sent the message”)  
 default:  
  fmt.Println(“no message sent”)  
}
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下一步学习

有不少讲座和博客文章涵盖通道和例程的更多细节。既然您对这些工具的目的和应用有了扎实的理解，那么您应该可以充分利用如下文章和演讲。

Google I/O 2012 — Go 并发模式

Rob Pike — ‘并发并不是并行’

GopherCon 2017: Edward Muller — Go 反模式

感谢您抽时间阅读。我但愿你可以了解 Go 例程，通道以及它们为编写并发程序带来的好处。

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