Golang学习笔记:goroutine

1.goroutine

goroutine是go语言的并发体。在go语言里面能使用go关键字来实现并发。

go func()

1.1 概念介绍

goroutine本质上是协程,我刚刚学习的时候就粗略地认为goroutine是线程,直到最近才开始搞明白goroutine的基本概念。

并发

在很久以前,人们希望一个计算机(一个cpu)上能同时执行多项任务,让cpu在某段时间内进行分片,在某段很短时间内执行程序a,然后又迅速得切换到程序b去执行,让人们看起来就像是两个程序在同时进行,这就是并发

进程

但是人们随之发现,cpu在切换程序的时候,如果不保存上一个程序的状态(也就是我们常说的context--上下文),直接切换下一个程序,就会丢失上一个程序的一系列状态,于是引入了进程这个概念,用以划分好程序运行时所需要的资源。因此进程就是一个程序运行时候的所需要的基本资源单位(也可以说是程序运行的一个实体)。

并行

如果一个电脑有多个cpu,每个cpu都有进程在运行,这就是并行。

用户态与内核态

为了防止用户程序做出一些危险的指令,如关机,更改系统变量,修改别的进程数据,系统分为两种运行状态,用户态以及内核态,用户态是我们的程序所在的状态,不能随便对内核的底层进行操作。如果我们需要使用内核的底层操作的时候,内核提供了一种调用内核的接口,我们调用这些接口也就是系统调用,在进行系统调用的时候,cpu会切换到内核态,才能执行内核的函数。

线程

人们又发现一个问题,cpu切换多个进程的时候,会花费不少的时间,因为切换进程需要切换到内核态,而每次调度需要内核态都需要读取用户态的数据,进程一旦多起来,cpu调度会消耗一大堆资源,因此引入了线程的概念,线程本身几乎不占有资源,他们共享进程里的资源,内核调度起来不会那么像进程切换那么耗费资源。

协程

但是线程还是需要内核去进行调度,切换起来也是需要把用户态的数据写入到内核态,也是需要耗费一定的计算机资源,那可以不可以将切换的调度改成我们自己控制的呢,答案是有的,协程就是把自己的调度算法交给程序(用户态)去进行管理,能以更小的资源去进行并发。

goruntine

goroutine就是一个协程例子,可以根据自身调度器进行调度,当某个gooutine调用了time.sleep方法或者channel,mutex阻塞时候,调度器会使其入睡,唤醒另一个goroutine,根本不需要进入到内核态。

2.通信

goroutine本质上是协程,可以理解为不受内核调度,而受go调度器管理的线程。goroutine之间可以通过channel进行通信,如下:

func main() {
    c := make(chan string)
    go func(){
        c <- "hello"
    }()

    go func(){
       word := <- c + " world"
       fmt.Println(word)
    }()
    time.Sleep(1 * time.Second)
}

3.安全退出

goroutine只有在自身所在函数运行完毕,或者主函数运行完毕才会打断,因而上面的例子需要等待一秒,不然未执行完的goroutine会直接被打断。 如果我们并发的线程数量多了之后,我们不可能在main里面设置一个精确睡眠时间来评估所有的goroutine已经运行完毕然后退出。
这时候我们可以使用sync.WaitGroup来等待所有运行的goroutine运行结束后,再来退出main函数,主要原理是维护一个goroutine数量的计数器,每运行一个goroutine,计数器会加+1,运行结束后,计数器会-1,然后调用wait方法会一直阻塞,知道计数器为0,也就是当前运行的goroutine数量为0,实例如下:

func main() {
    var n sync.WaitGroup
    for i := 0; i < 20; i++ {
        n.Add(1)
        go func(i int, n *sync.WaitGroup) {
            defer n.Done()
            time.Sleep(1 * time.Second)
            fmt.Printf("goroutine %d is running\n", i)
        }(i, &n) 
    }   
    n.Wait()
}