Go语言之Goroutine与信道、异常处理

一、Goroutine

Go 协程可以看做成一个轻量级的线程，Go 协程相比于线程的优势：

Goroutine 的成本更低大小只有 2 kb 左右，线程有几个兆。

Goroutine 会复用线程，比如说：我有 100 个协程，但是都是共用的的 3 个线程。

Goroutine 之间通信是通过 channel 通信的。（Go 推崇的是信道通信，而不推崇用共享变量通信）

1、启动一个 Goroutine

func test() {
   fmt.Println("go go go")
}

func main() {
   fmt.Println("主线程开始")
    
   // go 关键字开启 Goroutine，一个 Goroutine只占2kb左右
   go test()	// 一个 go 就是一个协程，多个就是多个协程，也可以for循环起多个协程
   go test()
    
   time.Sleep(1*time.Second)  // Go 语言中主线程不会等待Goroutine执行完成，要等待它结束需要自己处理
   fmt.Println("主线程结束")
}

// 输出：
主线程开始
go go go
go go go
主线程结束

2、Go 语言的GMP模型

G：就是我们开起的 Goroutine

• 它们会被相对平均的放到 P 的队列中

M：M 可以当成操作系统真正的线程，但是实际上是用户态的线程（用户线程）

• 虽然 M 执行 G，但是实际上，M 只是映射到操作系统的线程上执行的
• 然后操作系统的调度器把真正的操作系统的线程调度到CPU上执行

P：Processor 1.5版本以后默认情况是 CPU 核数（可以当做CPU核数）

• P 会和 M 做交互，真正执行的是 M 在执行 G ，只不过 P 是在做调度
• 一旦某个 G 阻塞了，那么 P 就会把它调度成下一个 G，放到 M 里面去执行

用户线程操作系统线程：

在 Python 中，用户线程跟操作系统线程是 1:1 的对应关系

Go 语言中，用户线程和操作系统线程是 m：n 的关系

二、信道

信道（Channel）也就是 Go 协程之间的通信管道，一端发送一端接收。

func main() {
   // 1、定义 channel
   var c chan int

   // 2、管道的零值
   //———>空值为 nil 说明是引用类型，当做参数传递时，不需要取地址，改的就是原来的，需要初始化在使用
   fmt.Println(c)     // 输出：<nil>

   // 3、管道初始化
   c = make(chan int)
   go test(c)        // c 是引用类型直接传

   // 4、从信道中取值，信道默认不管放值还是取值，都是阻塞的
   count := <-c   // 阻塞
   fmt.Println(count)
   
   /*
   当程序执行 go test(c) 时就开了一个 Goroutine
   然后继续执行到 count := <-c 从信道取值，这时就阻塞住了
   它会等待 Goroutine 往信道中放值后才会取出值，才会继续执行 fmt.Println(count)
   */
}

func test(c chan int) {
   fmt.Println("GO GO GO")
   time.Sleep(1 * time.Second)
   // 5、往信道中放一个值，信道默认不管放值还是取值，都是阻塞的
   c <- 1 // 阻塞
}

// 输出：
<nil>
GO GO GO
1

1、死锁

当 Goroutine 给一个信道放值的时候，按理会有其他 Goroutine 来接收数据，没有的话就会形成死锁。

func main() {  
    c := make(chan int)
    c <- 1
}

// 报错：应为没有其他 Goroutine 从 c 中取值

2、单向信道

显而易见就是只能读或者只能写的信道

方式一：

func WriteOnly(c chan<- int) {
   c <- 1
}

func main() {
   write := make(chan<- int)  // 只写信道
   go WriteOnly(write)
   fmt.Println(<-write)      // 报错   ——>只写信道往外取就报错
}

方式二：

func WriteOnly(c chan<- int) {
   c <- 1
   // <-c       // 报错
}

func main() {
   write := make(chan int)   	// 定义一个可读可写信道
   go WriteOnly(write)       	// 传到函数中就成了只写信道，在Goroutine中只负责写，不能往外读
   fmt.Println(<-write)   		// 主协程读
}

3、for 循环信道

for 循环循环信道，如果不关闭，会报死锁，如果关闭了，放不进去，循环结束。

func producer(chnl chan int) {
   for i := 0; i < 10; i++ {
      chnl <- i  	// i 放入信道
   }
   close(chnl)      // 关闭信道
}

func main() {
   ch := make(chan int)
   go producer(ch)
   // 循环获取信道内容
   for value := range ch {
      fmt.Println(value)
   }
}

/*
当 for 循环 range ch 的时候信道没有值，会阻塞等待 go producer(ch) 开起的 Goroutine 中放入值
当 Goroutine 中放入一个值，就会阻塞，那么 range ch 就会取出一个值，然后再次阻塞等待
直到 Goroutine 放入值完毕关闭信道，for 循环 range ch 也就结束循环了
*/

4、缓冲信道

在默认情况下信道是阻塞的，缓冲信道也就是说我信道里面可以缓冲一些东西，可以不阻塞了。

只有在缓冲已满的情况，才会阻塞信道

只有在缓冲为空的时候，才会阻塞主缓冲信道接收数据

func main() {
   // 指定的数字就是缓冲大小
   var c chan int = make(chan int, 3) // 无缓冲信道数字是0
   c <- 1
   c <- 2
   c <- 3
   c <- 4    	// 缓冲满了，死锁

   <-c
   <-c
   <-c
   <-c          // 取空了，死锁

   fmt.Println(len(c))       // 长度：目前放了多少
   fmt.Println(cap(c))       // 容量：可以最多放多少
}

5、WaitGroup

等待所有 Goroutine 执行完成

func process1(i int, wg *sync.WaitGroup) {
   fmt.Println("started Goroutine ", i)
   time.Sleep(2 * time.Second)
   fmt.Printf("Goroutine %d ended\n", i)
   // 3、一旦有一个完成，减一
   wg.Done()
}

func main() {
   var wg sync.WaitGroup  		// 没有初始化，值类型，当做参数传递，需要取地址

   for i := 0; i < 10; i++ {
      wg.Add(1)  				// 1、启动一个 Goroutine，add 加 1
      go process1(i, &wg)    	// 2、把wg传过去，因为要改它并且它是值类型需要取地址传过去
   }

   wg.Wait()  // 4、一直阻塞在这，直到调用了10个 Done，计数器减到零
}

6、Select

Select 语句用于在多个发送 / 接收信道操作中进行选择。

例如：我要去爬百度，我发送了三个请求去，可能有一些网络原因，或者其他原因，不一定谁先回来，Select 选择就是谁先回来我先用谁。

场景一：对性能极致的要求，我就可以选择一个最快的线路执行我最快的功能，就可以用Select来做

场景二：我去拿这个数据的时候，不是一直等在这里，而是我可以干一点别的事情，使用死循环 Select 的时候加上 default 去做其他事情。

// 模拟去服务器去取值
func server(ch chan string) {
   time.Sleep(3 * time.Second)
   ch <- "from server"
}

func main() {
   output1 := make(chan string)
   output2 := make(chan string)
    
   // 开起两个协程执行 server
   go server(output1)
   go server(output2)

   select {
   case s1 := <-output1:  // 阻塞，谁先回来就执行谁
      fmt.Println(s1, "output1")
   case s2 := <-output2:  // 阻塞，谁先回来就执行谁
      fmt.Println(s2, "output2")
   }
}

7、Mutex

使用锁的场景：多个 Goroutine 通过共享内存来实现数据通信，就会出现并发安全的问题，并发安全的问题就需要加锁。

临界区：当程序并发运行时修改共享资源的代码，也就同一块内存的变量的时候，这些修改的资源的代码就称为临界区。

如果在任意时刻只允许一个 Goroutine 访问临界区，那么就可以避免竞争条件，而使用 Mutex（锁） 可以实现

不加用锁的情况下：

var x = 0   //全局，各个 Goroutine 都可以拿到并且操作

func increment(wg *sync.WaitGroup) {
   x = x + 1
   wg.Done()
}

func main() {
   var w sync.WaitGroup
   for i := 0; i < 1000; i++ {
      w.Add(1)
      go increment(&w)
   }
   w.Wait()

   fmt.Println("最终的值：", x)
}

// 输出：理想情况下是1000，因为并发有安全的问题，所以数据乱了
最终的值： 978

加锁的情况：

var x = 0   //全局，各个 Goroutine 都可以拿到并且操作

func increment(wg *sync.WaitGroup, m *sync.Mutex) {
   m.Lock()   	// 加锁
   x = x + 1	// 同一时间只能有一个 Goroutine 执行
   m.Unlock() 	// 解锁
   wg.Done()
}
func main() {
   var w sync.WaitGroup
   var m sync.Mutex   	// 因为是个值类型，函数传递需要传地址
   fmt.Println(m)    	// 输出：{0 0} ——>值类型

   for i := 0; i < 1000; i++ {
      w.Add(1)
      go increment(&w, &m)
   }
   w.Wait()
   fmt.Println("最终的值：", x)
}

// 输出：
最终的值： 1000

使用信道来实现：

var x = 0

func increment(wg *sync.WaitGroup, ch chan bool) {
   ch <- true   // 缓冲信道放满了，就会阻塞。
   x = x + 1
   <-ch         // 执行完了就取出
   wg.Done()
}
func main() {
   var w sync.WaitGroup
   ch := make(chan bool, 1)   // 定义了一个有缓存大小为1的信道
   for i := 0; i < 1000; i++ {
      w.Add(1)
      go increment(&w, ch)
   }

   w.Wait()
   fmt.Println("最终的值：", x)
}

// 输出：
最终的值：1000

总结：不同 Goroutine 之间传递数据的方式：共享变量、信道。

如果是修改变量，倾向于用 Mutex

如果是 Goroutine 之间通信，倾向于用信道

三、异常处理

defer：延时执行，并且即便程序出现严重错误，也会执行

func main() {
	defer fmt.Println("我最后执行")
	defer fmt.Println("我倒数第三执行")
	fmt.Println("我先执行")
    
	var a []int
	fmt.Println(a[10])	  // 报错

	fmt.Println("后执行")	// 不会执行了
}


// 输出：
我先执行
我倒数第三执行
我最后执行
panic: runtime error: index out of range [10] with length 0

panic：主动抛出异常

recover：恢复程序，继续执行

func f1() {
   fmt.Println("f1 f1")
}


func f2() {
   defer func() {        // 这个匿名函数永远会执行

      //如果没有错误，执行 recover 会返回 nil，如果有错误执行 recover 会返回错误信息
      if error := recover(); error != nil {
         // 表示出错了，打印一下错误信息，程序恢复了，继续执行
         fmt.Println(error)
      }
      fmt.Println("我永远会执行，不管是否出错")
   }()
    
   fmt.Println("f2 f2")
   panic("主动抛出错误")
}


func f3() {
   fmt.Println("f3 f3")
}


func main() {
   //捕获异常，处理异常，让程序继续运行
   f1()
   f2()
   f3()
}

Go 语言异常捕获与 Python 异常捕获对比

Python：

try:
	可能会错误的代码
except Exception as e：
	print(e)
finally：
	无论是否出错，都会执行的代码

Go ：

defer func() {
	if error:=recover();error!=nil{
		// 错误信息 error
		fmt.Println(error)
	}
    
	相当于finally，无论是否出错，都会执行的代码
    
}()
可能会错误的代码