Go 深入多线程

 

Golang

介绍

线程是cpu调度的最小单位，只有不同的线程才能同时在多核cpu上同时运行。但线程太占资源，线程调度开销大。go中的goroutine是一个轻量级的线程，执行时只需要4-5k的内存，比线程更易用，更高效，更轻便，调度开销比线程小，可同时运行上千万个并发。
go语言中开启一个goroutine非常简单，go函数名（），就开启了个线程。

默认情况下，调度器仅使用单线程，要想发挥多核处理器的并行处理能力，必须调用runtine.GOMAXPROCS(n)来设置可并发的线程数，也可以通过设置环境变量GOMAXPROCS打到相同的目的。

goroutine

Runtime包中提供了几个与goroutine相关的函数。Gosched()让当前正在执行的goroutine放弃CPU执行权限。调度器安排其他正在等待的线程运行。
请看以下例子：

package main

import (
    "runtime"
    "fmt"
)

func main(){
    go sayHello()
    go sayWorld()
    var str string
    fmt.Scan(&str)
}

func sayHello(){
    for i := 0; i < 10; i++{
        fmt.Print("hello ")
        runtime.Gosched()
    }
}

func sayWorld(){
    for i := 0; i < 10; i++ {
        fmt.Println("world")
        runtime.Gosched()
    }
}

 

运行结果

从上面输出结果可知，我们启动了两个线程，其中一个线程输出一句后调用Gosched函数，释放CPU权限；之后另一个线程获得CPU权限。这样两个线程交替获得cpu权限，才输出了以上结果。

runtime.NumCPU()返回了cpu核数，runtime.NumGoroutine()返回当前进程的goroutine线程数。即便我们没有开启新的goroutine。

package main

import (
    "runtime"
    "fmt"
)
func main(){
    fmt.Println(runtime.NumCPU())
    fmt.Println(runtime.NumGoroutine())
}

 

运行结果

runtime.Goexit()函数用于终止当前的goroutine，单defer函数将会继续被调用。

package main

import (
    "runtime"
    "fmt"
)

func test(){
    defer func(){
        fmt.Println(" in defer")
    }()
    for i := 0; i < 10; i++{
        fmt.Print(i)
        if i > 5{
            runtime.Goexit()
        }
    }
}

func main(){
    go test()
    var str string
    fmt.Scan(&str)
}

 

运行结果

在这里大家或许有个疑问，下面这两句代码干嘛的呢

var str string
fmt.Scan(&str)

这两句代码是等待输入的意思，在这里用来阻止主线程关闭的。如果没有这两句的话，会发现我们的程序瞬间就结束了，而且什么都没有输出。这是因为主线程关闭之后，所有开启的goroutine都会强制关闭，他还没有来得及输出，就结束了。
但是这样感觉怪怪的。如果有一种机制，在子线程结束的时候通知一下主线程，然后主线程再关闭，岂不是更好，这样就不用无休止的等待了。于是就有了channel。

channel

goroutine之间通过channel来通讯，可以认为channel是一个管道或者先进先出的队列。你可以从一个goroutine中向channel发送数据，在另一个goroutine中取出这个值。
使用make创建

var channel chan int = make(chan int)
// 或
channel := make(chan int)

生产者/消费者是最经典的使用示例。生产者goroutine负责将数据放入channel，消费者goroutine从channel中取出数据进行处理。

package main

import (
    "fmt"
)

func main(){
    buf:=make(chan int)
    flg := make(chan int)
    go producer(buf)
    go consumer(buf, flg)
    <-flg //等待接受完成
}

func producer(c chan int){
    defer close(c) // 关闭channel
    for i := 0; i < 10; i++{
        c <- i // 阻塞，直到数据被消费者取走后，才能发送下一条数据
    }
}

func consumer(c, f chan int){
    for{
        if v, ok := <-c; ok{
            fmt.Print(v) // 阻塞，直到生产者放入数据后继续读取数据
        }else{
            break
        }
    }
    f<-1 //发送数据，通知main函数已接受完成
}

 

 

运行结果

可以将channel指定为单向通信。比如<-chan int仅能接收，chan<-int仅能发送。之前的生产者消费者可以改为一下方式：

 

func producer(c chan<-int){
    defer close(c) // 关闭channel
    for i := 0; i < 10; i++{
        c <- i // 阻塞，直到数据被消费者取走后，才能发送下一条数据
    }
}

func consumer(c <-chan int, f chan<-int){
    for{
        if v, ok := <-c; ok{
            fmt.Print(v) // 阻塞，直到生产者放入数据后继续读取数据
        }else{
            break
        }
    }
    f<-1 //发送数据，通知main函数已接受完成
}

channle可以是带缓冲的。make的第二个参数作为缓冲长度来初始化一个带缓冲的channel:

c := make(chan int, 5)

向带缓冲的channel发送数据时，只有缓冲区满时，发送操作才会被阻塞。当缓冲区空时，接收才会阻塞。
可以通过以下程序调整发送和接收的顺序调试

package main

import (
    "fmt"
)

func main(){
    c := make(chan int, 2)
    c <- 1
    c <- 2
    fmt.Println(<-c)
    fmt.Println(<-c)
}

select

如果有多个channel需要监听，可以考虑用select,随机处理一个可用的channel

package main

import (
    "fmt"
)

func main(){
    c := make(chan int)
    quit := make(chan int)
    go func(){
        for i := 0; i < 10; i++{
            fmt.Printf("%d ", <-c)
        }
        quit <- 1
    }()
    testMuti(c, quit)
}

func testMuti(c, quit chan int){
    x, y := 0, 1
    for {
        select{
        case c<-x:
            x, y = y, x+y
        case <-quit:
            fmt.Print("\nquit")
            return
        }
    }
}

 

运行结果

channle超时机制

当一个channel被read/write阻塞时，会被一直阻塞下去，直到channel关闭。产生一个异常退出程序。channel内部没有超时的定时器。但我们可以用select来实现channel的超时机制

package main

import (
    "time"
    "fmt"
)

func main(){
    c := make(chan int)
    select{
    case <- c:
        fmt.Println("没有数据")
    case <-time.After(5* time.Second):
        fmt.Println("超时退出")
    }
}

 

运行结果

线程同步

假设现在我们有两个线程，一个线程写文件，一个线程读文件。如果在读文件的同时，写文件的线程向文件中写数据，就会出现问题。为了保证能够正确的读写文件，在读文件的时候，不能进行写入文件的操作，在写入时，不能进行读的操作。这就需要互斥锁。互斥锁是线程间同步的一种机制，用了保证在同一时刻只用一个线程访问共享资源。go中的互斥锁在sync包中。下面是个线程安全的map:

package main

import (
    "errors"
    "sync"
    "fmt"
)

func main(){
    m := &MyMap{mp:make(map[string]int), mutex:new(sync.Mutex)}
    go SetValue(m)
    go m.Display()
    var str string
    fmt.Scan(&str)
}

type MyMap struct{
    mp map[string]int
    mutex *sync.Mutex
}

func (this *MyMap)Get(key string)(int, error){
    this.mutex.Lock()
    i, ok := this.mp[key]
    this.mutex.Unlock()
    if !ok{
        return i, errors.New("不存在")
    }
    return i, nil
}

func (this *MyMap)Set(key string, val int){
    this.mutex.Lock()
    defer this.mutex.Unlock()
    this.mp[key] = val
}

func (this *MyMap)Display(){
    this.mutex.Lock()
    defer this.mutex.Unlock()
    for key, val := range this.mp{
        fmt.Println(key, "=", val)
    }
}

func SetValue(m *MyMap){
    var a  rune
    a = 'a'
    for i := 0; i< 10; i++{
        m.Set(string(a+rune(i)), i)
    }
}

 

运行结果

完