瞅一眼就能学会的GO并发编程使用教程

2023-02-24 11:02:19 并发 就能 学会

GO的并发编程分享

之前我们分享了网络编程，今天我们来看看GO的并发编程分享，我们先来看看他是个啥

啥是并发编程呢

指在一台处理器上同时处理多个任务

此处说的同时，可不是同一个时间一起手拉手做同一件事情

并发是在同一实体上的多个事件，而这个事件在同一时间间隔发生的，同一个时间段，有多个任务执行，可是同一个时间点，只有一个任务在执行

为啥要有并发编程

随着互联网的普及，互联网用户人数原来越多，这对系统的性能带来了巨大的挑战。

我们要通过各种方式来高效利用硬件的性能（压榨），从而提高系统的性能进而提升用户体验，提升团队或者企业的竞争力。

并发是为了解决什么问题？目的是啥？

是充分的利用好处理器的每一个核，以达到最高的处理性能，尽可能的运用好每一块砖

可是由于现在我们使用的CPU，内存，io三者之间速度不尽相同

我们为了提高系统性能，计算机系统会将这三者速度进行平衡，以达到最优的效果，都有如下措施：

  • 操作系统增加了进程、线程，以分时复用 CPU，进而均衡 CPU 与 I/O 设备的速度差异；
  • CPU 增加了缓存，以均衡与内存的速度差异；
  • 编译程序优化指令执行次序，使得缓存能够得到更加合理地利用。

说到进程和线程，他们都是干啥的呢，咱们顺带说一下？

进程是程序在操作系统中的一次执行过程

是 系统进行资源分配和调度的一个独立单位。

线程是进程的一个执行实体

是 CPU 调度和分派的基本单位,它是比进程更小的能独立运行的基本单位。

一个进程可以创建和撤销多个线程， 并且同一个进程中的多个线程之间可以并发执行。

讲到并发编程不得不说并发和并行有啥区别？是不是总是有小伙伴弄不清楚他们到底是啥区别，好像一样，又好像不一样

并发和并行的区别

一言蔽之，区别如下：

并发

多线程程序在一个核的 CPU 上运行

并行

多线程程序在多个核的 CPU 上运行

并发就像多个小伙伴跑接力，同一个时间点只会有一个小伙伴在跑，互相有影响

并行就像是多个小伙伴同一个起点一起跑，互不干扰

我们需要记住一点，再强调一波：

并发不是并行

并发主要由切换时间片来实现"同时"运行

并行则是直接利用多核实现多线程的运行，

在 GO 可以设置使用核数，以发挥多核计算机的能力，不过设置核数都是依赖于硬件的

那么，讲到GO的并发编程，就必须上我们的主角，那就是协程

协程 goroutine 是啥

协程是一种程序组件

是由子例程（过程、函数、例程、方法、子程序）的概念泛化而来的

子例程只有一个入口点且只返回一次，而协程允许多个入口点，可以在指定位置挂起和恢复执行。

协程和线程分别有啥特点嘞

协程

独立的栈空间，共享堆空间，调度由用户自己控制

本质上有点类似于用户级线程，这些用户级线程的调度也是自己实现的。

线程

一个线程上可以跑多个协程，协程是轻量级的线程。

GO 高并发的原因是啥

  • goroutine 奉行通过通信来共享内存
  • 每个一个GO的实例有4~5KB的栈内存占用，并且由于 GO 实现机制而大幅减少的创建和销毁开销
  • Golang 在语言层面上就支持协程 goroutine

GOLANG并发编程涉及哪些知识点呢

  • 基本协程的原理，实现方式，虽然说，GO中使用协程很方便，可以我们必须要知其然而值其所以然
  • Goroutine 池
  • runtime 包的使用
  • Channel 通道
  • 定时器
  • 并发且安全的锁
  • 原子操作
  • select 多路复用
  • 等等...

Goroutine的那些事

我们写C/C++的时候，我们必然也是要实现并发编程

我们通常需要自己维护一个线程池，并且需要自己去包装一个又一个的任务，同时需要自己去调度线程执行任务并维护上下文切换

且做线程池的时候，我们需要自己做一个线程管理的角色，灵活动态压缩和扩容

可是能不能有这样一种机制，我们只需要定义多个任务，让系统去帮助我们把这些任务分配到CPU上实现并发执行

GO里面就正好有这样的机制

goroutine 的概念类似于线程

goroutine 是由Go的运行时（runtime）调度和管理的

Go程序会智能地将 goroutine 中的任务合理地分配给每个CPU

Go 在语言层面已经内置了调度和上下文切换的机制

写 GO 比较爽的一个地方是：

在GO里面，你不需要去自己写进程、线程、协程

我们可以使用 goroutine 包

如何使用 goroutine

我们需要让某个任务并发执行的时候，只需要把这个任务包装成一个函数

专门开启一个 goroutine 协程 去执行这个函数就可以了 ， GO一个协程，很方便

一个 goroutine 必定对应一个函数，可以创建多个 goroutine 去执行相同的函数，只是多个协程都是做同一个事情罢了

我们先来使用一下协程，再来抛砖引玉，适当的分享一下

启动单个协程

func Hi() {
    fmt.Println("this is Hi Goroutine!")
}
func main() {
    Hi()
    fmt.Println("main goroutine!")
}

我们一般调用函数是如上这个样子的，效果如下

this is Hi Goroutine!
main goroutine!

其实我们调用协程的话，也与上述类似

我们可以使用 go 后面加上函数名字，来开辟一个协程，专门做函数需要执行的事情

func main() {
    go Hi() // 启动一个goroutine 协程 去执行 Hi 函数
    fmt.Println("main goroutine!")

实际效果我们可以看到，程序只打印了 main goroutine!

main goroutine!

在程序启动的时候，Go 程序就会为 main() 函数创建一个默认的 goroutine 协程

当 main() 函数返回的时候，刚开辟的另外一个 goroutine 协程 就结束了

所有在 main() 函数中启动的 goroutine 协程 会一同结束，老大死了，其余的傀儡也灰飞烟灭了

我们也可以让主协程等等一定子协程，待子协程处理完自己的事情，退出后，主协程再自己退出，这和我们写C/c++的进程 和 线程的时候，类似

简单的，我们可以使用 time.sleep 函数来让主协程阻塞等待

我们也可以使用 上述提到的 使用 select{} 来达到目的

当然也有其他的方式，后续文章会慢慢的分享到

多个协程

那么多个协程又是怎么玩的呢？

我们使用 sync.WaitGroup 来实现goroutine 协程的同步

package main

import (
	"fmt"
	"sync"
)

var myWg sync.WaitGroup

func Hi(i int) {
	// goroutine 协程 结束就 记录 -1
	defer myWg.Done()
	fmt.Println("Hello Goroutine! the ", i)
}
func main() {

	for i := 0; i < 10; i++ {
		// 启动一个goroutine 协程 就记录 +1
		myWg.Add(1)
		go Hi(i)
	}

	// 等待所有记录 的goroutine 协程 都结束
	myWg.Wait() 
}

会有如下输出，每一个协程打印的数字并不是按照顺序来的：

Hello Goroutine! the  9
Hello Goroutine! the  4
Hello Goroutine! the  2
Hello Goroutine! the  3
Hello Goroutine! the  6
Hello Goroutine! the  5
Hello Goroutine! the  7
Hello Goroutine! the  8
Hello Goroutine! the  1
Hello Goroutine! the  0

还是同样的， 如果是主协程先退出，那么子协程还行继续运行吗？

毋庸置疑，主协程退出，子协程也会跟着退出

GO 中的协程

分享如下几个点

GO中的栈是可增长的

一般都有固定的栈内存（通常为2MB），goroutine 的栈不是固定的，goroutine 的栈大小可以扩展到1GB

goroutine 是如何调度

这就不得不提 GPM

GPM是Go语言运行时（runtime）层面实现的，我们先简单了解一下GPM分别代表啥

G

就是个 goroutine ，里面除了存放本 goroutine 信息外 还有与所在P的绑定等信息

P

Processor 管理着一组 goroutine 队列

P 里面会存储当前 goroutine 运行的上下文环境（函数指针，堆栈地址及地址边界）

P 会对自己管理的 goroutine 队列做一些调度（比如把占用CPU时间较长的 goroutine 暂停、运行后续的 goroutine）

当自己的队列消费完了就去全局队列里取，如果全局队列里也消费完了会去其他P的队列里抢任务。

M（machine）

是 Go 运行时（runtime）对操作系统内核线程的虚拟

M 与内核线程一般是一一映射的关系， 一个 groutine 最终是要放到 M上执行

这里的 P 与 M 一般也是一一对应的

P 管理着一组G 挂载在 M 上运行

当一个 G 长久阻塞在一个 M 上时，runtime 会新建一个M，

阻塞 G 所在的 P 会把其他的 G 挂载在新建的M上

这个时候，当旧的 G 阻塞完成或者认为其已经挂了的话，就会回收旧的 M

还有一点

P 的个数是通过 runtime.GOMAXPROCS 设定（最大256），这个数字也依赖于自己的硬件，在并发量大的时候会增加一些 P 和 M ，但不会太多

总结

  • 分享了并发和并行
  • 分享了GO 的并发，协程的简单使用
  • 简单分享了GO可伸缩扩展的栈内存

到此这篇关于瞅一眼就能学会的GO并发编程使用教程的文章就介绍到这了,更多相关GO并发编程内容请搜索以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持！

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