Golang - 并发与函数字面量 - go, chan & func

并发机制：go的并发编程模型是基于消息（通道）的。比如，下述代码中的斐波那契数列，如果主线程（协程）来维护的话，就需要将a与b从局部变量升级为全局变量，但丢给子协程处理的话，主线程（协程）就不必为a和b操心了，这样的子协程即为一个generator，而主线程（协程）与generator子协程之间的通信则是通过一个channel。再比如，下述代码中的素数筛，每取一个素数，就将这个素数用来筛前一个generator生成的候选数字，以生成下一个generator，每个generator都是一个协程，维护各自的素数筛，而其素数筛即为上一个generator抛出的第一个数字。P.S. Linux文件标准输入输出的通道，与此类似，文件按行读取文本，而go协程则从通道中读取一个个对象。

package qqiwei

// go test -timeout 30s -run ^TestChannelPrime$ qiwei\try -v
// TestChannelFib: Fibonacci Number implemented through channel
// TestGlobalFibNormal: Fibonacci Number implemented through global/static variable
// TestChannelPrime: Prime Number implemented through channel

import (
    "testing"
)

func TestChannelFib(t *testing.T) {
    for i := range fibGenerator() {
        t.Log(i)
        if i >= 8 {
            break
        }
    }
}

func fibGenerator() <-chan int {
    res := make(chan int)
    go func() {
        // local, or static?
        a, b := 0, 1
        for {
            a, b = b, a+b
            res <- a
        }
    }()
    return res
}

func TestGlobalFibNormal(t *testing.T) {
    for {
        i := fibNormal()
        t.Log(i)
        if i >= 8 {
            break
        }
    }
}

var a, b = 0, 1

func fibNormal() int {
    // package level a, b
    a, b = b, a+b
    return a
}

func primeGenerator() <-chan int {
    res := make(chan int)
    // 2 ->
    // 3    3 ->
    // 4
    // 5    5    5 ->
    // 6
    // 7    7    7
    // 9    9
    go func() {
        for curChannel := func() <-chan int {
            naturalNumber := make(chan int)
            go func() {
                for i := 2; ; i++ {
                    naturalNumber <- i
                }
            }()
            return naturalNumber
        }(); ; {
            curPrimeNumber := <-curChannel
            res <- curPrimeNumber

            curChannel = func(curChan <-chan int) <-chan int {

                nextChan := make(chan int)
                go func() {
                    for {
                        if i := <-curChan; i%curPrimeNumber != 0 {
                            nextChan <- i
                        }
                    }
                }()
                return nextChan
            }(curChannel)
        }
    }()
    return res
}

func TestChannelPrime(t *testing.T) {
    for i := range primeGenerator() {
        if i > 13 {
            break
        }
        t.Log(i)
    }
}

闭包（Go/C++/Java）：
1. 在写上面这段代码的时候，踩过两个误区，其中一个是关于闭包的。在Golang中，闭包就是函数字面值，而函数字面值就是匿名函数。如下，是go文档中对闭包的定义，简洁明了。重点是，闭包就是共享内存，而不论它是否在像其他传统C系语言那样的局部中被定义，只要它被用到的地方，它的生命就存在；也不论它是结构体，还是primitive type，都是做引用，即，这是一份共享内存。Go之所以有这样的自由度，就是因为存在从栈到堆的内存逃逸机制，一个局部变量分配在栈上还是堆上是编译器来识别管理的。而C++非但受限于局部auto变量的生命周期与其作用域一致（事实就是默认的函数栈机制，btw. go的函数栈也是动态大小的，不会栈溢出）外，其拷贝捕获与传参存在事实上的概念冗余。而Go更加分明，传参就是值拷贝，数组（非切片）也照样逐个拷贝，而捕获就是事实上的引用。有了这个自由度，就不再需要顾及太多，对象是完全共享的，并发通信是通过channel实现的，起一个协程很easy。既然，闭包的意义在于简化可调用对象的实现，使得函数拥有自己的状态（C/C++的局部static变量是一种原始的方式），那么，C++/Java对引用捕获的限制，就是一种严重的不足。另外，对于golang来说，:=（和var）之所以从赋值符=区别出来，就在于此时，这个变量(对象)才有了生命，有了内存；而在C++/Java中，初始化与赋值依然没有完全被区分开地共用着一个符号，这是上古的C语言所引入的头文件式的声明与定义分离编译所引入的麻烦。
  
  Function literals are closures: they may refer to variables defined in a surrounding function. Those variables are then shared between the surrounding function and the function literal, and they survive as long as they are accessible.
  --- https://go.dev/ref/spec#Function_literals
2. 在C++中，lambda表达式就是一个匿名的可调用对象，其类型为局部类型（局部仅起命名空间/作用域之用，与Java局部类事实上以其外部类的某个实例对象为其构造实参/属性不同），因为是匿名的，该可调用对象的初始化是伴随lambda表达式而发生的。引用捕获的lambda表达式在其被调用处，被捕获的引用是否存在，与引用一样是由人为确保的。如果是在栈上，虽然对其的计算可能比new于堆上的对象快，但对其的引用在离开函数作用域就失效了。在排除这个问题后，C++还存在一个问题，就是默认来说，被捕获的对象在lambda表达式中是const的，即该可调用对象持有被捕获对象为其一个const属性；需要加mutable才可去掉这个事实上的成员变量的const性质。本质上，一切问题，都没有逃出const &的概念之外。
```
#include <iostream>

int main() {
    int ci = 100;
    auto cf = [=]() { return ci; };
    std::cout << cf();
    ci += 1;
    std::cout << cf() << std::endl;

    int cj = 100;
    auto cg = [&]() { return cj; };
    std::cout << cg();
    cj += 1;
    std::cout << cg() << std::endl;

    int i = 100;
    auto f = [=]() mutable { return i++; };
    std::cout << f();
    i += 1;
    std::cout << f() << std::endl;

    int j = 100;
    auto g = [&]() mutable { return j++; };
    std::cout << g();
    j += 1;
    std::cout << g() << std::endl;
}
```
3. Java被闭包的对象必须是事实上的常量，不论在lambda表达式内部还是在其外围作用域内，被捕获的自由变量都不能编辑，毫不自由。但是，Java的final往往仅仅指无法指向其他对象（不像C++对象的const是作为方法匹配条件的），所以，可以用一个AtomicReference来持有实际的局部对象，并用get/set方法来修改被闭包引用的指向。Java的内部类与lambda表达式在被闭包的对象是事实上的常量这一点上是一致的。内部类功能更丰富，而且仅仅是一种编译器合成的类，而lambda表达式则是一种动态方法。此外，内部类还具有很多丰富的功能，比如，可以用一个匿名局部类来获取外围类的信息，比如，实现一种懒加载且并发安全的单例模式。P.S. 类中静态字段的初始化，直接初始化赋值和静态块不同，后者由一个初始化函数完成。
```
public class Singleton {  
    private static class SingletonHolder {  
        private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();  
    }  
    private Singleton (){}  
    public static final Singleton getInstance() {  
        return SingletonHolder.INSTANCE; 
    }  
}
```

defer是有助于理解go函数的一个完美的例子。注意，defer表达式与其调用的函数之间有区别。deferred func的参数在入deferred func栈的时候，也就是在defer表达式执行的时候，就计算了。只是在其外围函数即将返回，返回值也已经装填好了之后，先进后出地执行deferred func。中间出现panic，后面弹出的deferred func也会挨个执行完。而闭包则是一种引用。

package main

import (
    "fmt"
    "unsafe"
)

func innerTestDefer() (res int) {
    res = -1
    defer fmt.Println("bye")

    var funcs [4]func()

    for i := 0; i < 3; i++ {
        fmt.Printf("i: %d, i_address: 0x%x\n", i, &i)
        // 0 1 2
        defer fmt.Printf("closure  i: %d, &i: 0x%x\n", i, &i)
        defer func(i int) {
            fmt.Printf("param    i: %d, &i: 0x%x\n", i, &i)
            res = i
        }(i)

        funcs[i] = func() {
            // function literal
            fmt.Printf("funcs[%d] i: %d, &i: 0x%x\n", i, i, &i)
        }
    }

    var i_address uintptr
    fmt.Print("i_address: ")
    fmt.Scanf("0x%x", &i_address)
    i_pointer := (*int)(unsafe.Pointer(i_address))
    *i_pointer = 4

    for i := 0; i < 3; i++ {
        funcs[i]()
    }

    // defer funcs[3]() // nullptr panic
    defer fmt.Printf("done\n\n")

    return func() int {
        fmt.Println("return")
        return 5
    }()
}

func main() {
    fmt.Println("innerTestDefer", innerTestDefer())
}

posted @ 2022-07-23 23:11 joel-q 阅读(96) 评论(0) 编辑收藏举报

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