Go 语言中的 CSP 并发模型

目录

• 1. Goroutine
• 2. Channel
• 3. Select 语句
• 4. 关闭 Channel
• 5. 示例：并发计算
• 6. 总结

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在Go语言中，CSP（Communicating Sequential Processes）并发模型是通过goroutine和channel来实现的。CSP模型强调通过通信来共享内存，而不是通过共享内存来通信。Go语言的设计哲学与CSP模型高度契合，提供了简洁且强大的并发编程工具。

1. Goroutine

Goroutine 是 Go 语言中的轻量级线程，由 Go 运行时管理。与操作系统线程相比，Goroutine 的创建和销毁开销很小，可以轻松创建成千上万个 Goroutine。

go func() {
    fmt.Println("Hello from a goroutine")
}()

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2. Channel

Channel 是 Goroutine 之间通信的管道。Channel 是类型安全的，可以用于发送和接收数据。Channel 可以是带缓冲的或不带缓冲的。

• 无缓冲 Channel：发送和接收操作是同步的，发送方和接收方必须同时准备好，否则会阻塞。
• 带缓冲 Channel：发送操作在缓冲区未满时不会阻塞，接收操作在缓冲区不为空时不会阻塞。

ch := make(chan int) // 无缓冲 Channel
go func() {
    ch <- 42 // 发送数据
}()
fmt.Println(<-ch) // 接收数据

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3. Select 语句

select 语句用于在多个 Channel 操作中进行选择。它类似于 switch 语句，但每个 case 都是一个 Channel 操作。

ch1 := make(chan int)
ch2 := make(chan int)

go func() {
    ch1 <- 1
}()

go func() {
    ch2 <- 2
}()

select {
case msg1 := <-ch1:
    fmt.Println("Received from ch1:", msg1)
case msg2 := <-ch2:
    fmt.Println("Received from ch2:", msg2)
default:
    fmt.Println("No message received")
}

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4. 关闭 Channel

可以通过 close 函数关闭 Channel，关闭后的 Channel 不能再发送数据，但可以继续接收数据，直到 Channel 为空。

ch := make(chan int)
go func() {
    for i := 0; i < 5; i++ {
        ch <- i
    }
    close(ch)
}()

for msg := range ch {
    fmt.Println(msg)
}

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5. 示例：并发计算

以下是一个使用 Goroutine 和 Channel 进行并发计算的示例：

package main

import (
    "fmt"
    "time"
)

func worker(id int, jobs <-chan int, results chan<- int) {
    for j := range jobs {
        fmt.Println("worker", id, "started job", j)
        time.Sleep(time.Second) // 模拟耗时任务
        fmt.Println("worker", id, "finished job", j)
        results <- j * 2
    }
}

func main() {
    jobs := make(chan int, 100)
    results := make(chan int, 100)

    // 启动 3 个 worker
    for w := 1; w <= 3; w++ {
        go worker(w, jobs, results)
    }

    // 发送 5 个任务
    for j := 1; j <= 5; j++ {
        jobs <- j
    }
    close(jobs)

    // 收集结果
    for a := 1; a <= 5; a++ {
        <-results
    }
}

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6. 总结

Go 语言中的 CSP 并发模型通过 Goroutine 和 Channel 提供了一种高效且安全的并发编程方式。Goroutine 提供了轻量级的并发执行单元，而 Channel 则提供了 Goroutine 之间的通信机制。通过 select 语句和 close 操作，可以进一步控制并发流程和数据流。这种模型使得编写并发程序变得更加简单和直观。