goroutine
并行(parallel)：指在同一时刻，有多条指令在多个处理器上同时执行。
并发(concurrency)：指在同一时刻只能有一条指令执行，但多个进程指令被快速的轮换执行，使得在宏观上具有多个进程同时执行的效果，但在微观上并不是同时执行的，只是把时间分成若干段，使多个进程快速交替的执行。
有人把Go比作21世纪的C语言，第一是因为Go语言设计简单，第二，21世纪最重要的就是并行程序设计，而Go从语言层面就支持了并行。同时，并发程序的内存管理有时候是非常复杂的，而Go语言提供了自动垃圾回收机制。
Go语言为并发编程而内置的上层API基于CSP(communicating sequential processes, 顺序通信进程)模型。这就意味着显式锁都是可以避免的，因为Go语言通过相册安全的通道发送和接受数据以实现同步，这大大地简化了并发程序的编写。
一般情况下，一个普通的桌面计算机跑十几二十个线程就有点负载过大了，但是同样这台机器却可以轻松地让成百上千甚至过万个goroutine进行资源竞争。
goroutine是Go并行设计的核心。goroutine说到底其实就是协程，但是它比线程更小，十几个goroutine可能体现在底层就是五六个线程，Go语言内部帮你实现了这些goroutine之间的内存共享。执行goroutine只需极少的栈内存(大概是4~5KB)，当然会根据相应的数据伸缩。也正因为如此，可同时运行成千上万个并发任务。goroutine比thread更易用、更高效、更轻便。
只需在函数调⽤语句前添加 go 关键字，就可创建并发执⾏单元。开发⼈员无需了解任何执⾏细节，调度器会自动将其安排到合适的系统线程上执行。
在并发编程里，我们通常想讲一个过程切分成几块，然后让每个goroutine各自负责一块工作。当一个程序启动时，其主函数即在一个单独的goroutine中运行，我们叫它main goroutine。新的goroutine会用go语句来创建。
package main
import (
"fmt"
"time"
)
func newTask() {
for {
fmt.Println("this is newTask thread")
time.Sleep(time.Second)
}
}
func main() {
fmt.Println("并发编程演示案例")
// 1. 创建goroutine
go newTask()
for {
fmt.Println("this is main goroutine thread")
time.Sleep(time.Second)
}
}
主goroutine退出后，其它的工作goroutine也会自动退出，因此可能会导致：主协程先退出导致子协程没来得及调用
package main
import (
"fmt"
"time"
)
func newTask() {
for {
fmt.Println("this is newTask thread")
time.Sleep(time.Second)
}
}
func main() {
fmt.Println("并发编程演示案例")
// 1. 主goroutine退出后，其它的工作goroutine也会自动退出，因此可能会导致：主协程先退出导致子协程没来得及调用
go newTask()
var i int = 0
for {
if i < 5 {
fmt.Println("this is main goroutine thread ", i)
time.Sleep(time.Second)
i++
} else {
break
}
}
}
控制台输出：
并发编程演示案例
this is main goroutine thread 0
this is newTask thread
this is main goroutine thread 1
this is newTask thread
this is main goroutine thread 2
this is newTask thread
this is newTask thread
this is main goroutine thread 3
this is newTask thread
this is main goroutine thread 4
runtime.Gosched() 用于让出CPU时间片，让出当前goroutine的执行权限，调度器安排其他等待的任务运行，并在下次某个时候从该位置恢复执行。
这就像跑接力赛，A跑了一会碰到代码runtime.Gosched() 就把接力棒交给B了，A歇着了，B继续跑。
package main
import (
"fmt"
"runtime"
)
func main() {
fmt.Println("runtime.Gosched的使用演示案例")
// 1. runtime.Gosched的使用
go func() {
for i := 0; i < 5; i++ {
fmt.Println("this is newTask goroutine ", i)
}
}()
for i := 0; i < 2; i++ {
runtime.Gosched()
fmt.Println("this is main goroutine ", i)
}
// 输出内容：
// this is newTask goroutine 0
// this is newTask goroutine 1
// this is newTask goroutine 2
// this is newTask goroutine 3
// this is newTask goroutine 4
// this is main goroutine 0
// this is main goroutine 1
}
调用 runtime.Goexit() 将立即终止当前 goroutine 执⾏，调度器确保所有已注册 defer延迟调用被执行。
package main
import (
"fmt"
"runtime"
)
func test() {
fmt.Println("dddddddddddd")
runtime.Goexit() // 终止所在协程
fmt.Println("eeeeeeeeeeee")
}
func main() {
fmt.Println("runtime.Gosched的使用演示案例")
// 1. runtime.Goexit的使用
//调用 runtime.Goexit() 将立即终止当前 goroutine 执⾏，调度器确保所有已注册 defer延迟调用被执行。
go func() {
fmt.Println("aaaaaaaaaaaa")
test()
fmt.Println("bbbbbbbbbbbb")
}()
for { //死循环，目的是不让主协程结束
}
// 输出内容：
// aaaaaaaaaaaa
// dddddddddddd
}
调用 runtime.GOMAXPROCS() 用来设置可以并行计算的CPU核数的最大值，并返回之前的值。
package main
import (
"fmt"
"runtime"
)
func main() {
fmt.Println("untime.GOMAXPROCS的使用演示案例")
max := runtime.GOMAXPROCS(4) //调用 runtime.GOMAXPROCS() 用来设置可以并行计算的CPU核数的最大值，并返回之前的值。
fmt.Println("max: ", max) //max: 4
for {
go fmt.Print(1)
fmt.Print(0)
}
// 输出内容：如果gomaxprocs设置为1则，
// 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
// 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
// 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
// 0011111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111
// 1111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111
// 1111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111
// 1111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111
// 1111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111
// 输出内容：如果gomaxprocs设置为4则，
// 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
// 0000000000000000000000000000000111111111111111111111111111111111111111111111111111111111
// 1111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111
// 1111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111
// 1111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111
// 1111111111111000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
// 0000000000000000000000000000000000000000111111111111111111111111111111111111111111111111
}
多任务资源竞争问题:打印机问题
package main
import (
"fmt"
"time"
)
func HpPrinter(str string) { // 惠普打印机
for _, c := range str {
time.Sleep(time.Second)
fmt.Printf("%c", c)
}
}
func main() {
go HpPrinter("hello") // 小明去打印hello
go HpPrinter("ABC") //小丽打印ABC
for {
}
// 输出结果：并不是自己想要的结果
//AheBCllo
//hABelClo
}
为了解决这个问题，就引出了channel
channel
goroutine运行在相同的地址空间，因此访问共享内存必须做好同步。goroutine 奉行通过通信来共享内存，而不是共享内存来通信。
引⽤类型 channel 是 CSP 模式的具体实现，用于多个 goroutine 通讯。其内部实现了同步，确保并发安全。
和map类似，channel也一个对应make创建的底层数据结构的引用。
当我们复制一个channel或用于函数参数传递时，我们只是拷贝了一个channel引用，因此调用者何被调用者将引用同一个channel对象。和其它的引用类型一样，channel的零值也是nil。
定义一个channel时，也需要定义发送到channel的值的类型。channel可以使用内置的make()函数来创建：
make(chan Type) //等价于make(chan Type, 0)
make(chan Type, capacity)
当 capacity= 0 时，channel 是无缓冲阻塞读写的，当capacity> 0 时，channel 有缓冲、是非阻塞的，直到写满 capacity个元素才阻塞写入。
channel通过操作符<-来接收和发送数据，发送和接收数据语法：
channel <- value //发送value到channel
<-channel //接收并将其丢弃
x := <-channel //从channel中接收数据，并赋值给x
x, ok := <-channel //功能同上，同时检查通道是否已关闭或者是否为空
默认情况下，channel接收和发送数据都是阻塞的，除非另一端已经准备好，这样就使得goroutine同步变的更加的简单，而不需要显式的lock。
package main
import (
"fmt"
)
func main() {
ch := make(chan string)
defer fmt.Println("主线程调用结束")
go func() {
defer fmt.Println("子协程调用结束")
for i := 0; i < 5; i++ {
fmt.Println("子协程调用中 ", i)
}
ch <- "success"
}()
data := <-ch //没有数据前，阻塞
fmt.Println("主线程取得数据：", data)
// 输出结果：
// 子协程调用中 0
// 子协程调用中 1
// 子协程调用中 2
// 子协程调用中 3
// 子协程调用中 4
// 子协程调用结束
// 主线程取得数据： success
// 主线程调用结束
}
无缓冲channel
无缓冲的通道（unbuffered channel）是指在接收前没有能力保存任何值的通道。
这种类型的通道要求发送 goroutine 和接收 goroutine 同时准备好，才能完成发送和接收操作。如果两个goroutine没有同时准备好，通道会导致先执行发送或接收操作的 goroutine 阻塞等待。
这种对通道进行发送和接收的交互行为本身就是同步的。其中任意一个操作都无法离开另一个操作单独存在。
下图展示两个 goroutine 如何利用无缓冲的通道来共享一个值：
image.png
l 在第 1 步，两个 goroutine 都到达通道，但哪个都没有开始执行发送或者接收。
l 在第 2 步，左侧的 goroutine 将它的手伸进了通道，这模拟了向通道发送数据的行为。这时，这个 goroutine 会在通道中被锁住，直到交换完成。
l 在第 3 步，右侧的 goroutine 将它的手放入通道，这模拟了从通道里接收数据。这个 goroutine 一样也会在通道中被锁住，直到交换完成。
l 在第 4 步和第 5 步，进行交换，并最终，在第 6 步，两个 goroutine 都将它们的手从通道里拿出来，这模拟了被锁住的 goroutine 得到释放。两个 goroutine 现在都可以去做别的事情了。
无缓冲的channel创建格式：
make(chan Type) //等价于make(chan Type, 0)
如果没有指定缓冲区容量，那么该通道就是同步的，因此会阻塞到发送者准备好发送和接收者准备好接收。
package main
import (
"fmt"
//"time"
)
func main() {
ch := make(chan int, 0) //创建一个无缓存的channel
//fmt.Printf("len(ch)=%d,cap(ch)=%d\n", len(ch), cap(ch)) //len(ch)=0,cap(ch)=0
go func() {
for i := 0; i < 3; i++ {
fmt.Println("子协程：i =", i)
data := <-ch //读管道中的内容，如果没有前，阻塞
fmt.Println("子协程取得数据：data =", data)
}
}()
//time.Sleep(2 * time.Second)
for i := 0; i < 3; i++ {
fmt.Println("main协程：i =", i)
// 往chan里面写数据
fmt.Println("main协程发送数据：data =", i)
ch <- i
}
// 输出结果：
// main协程：i = 0
// main协程发送数据：data = 0
// 子协程：i = 0
// 子协程取得数据：data = 0
// 子协程：i = 1
// main协程：i = 1
// main协程发送数据：data = 1
// main协程：i = 2
// main协程发送数据：data = 2
// 子协程取得数据：data = 1
// 子协程：i = 2
// 子协程取得数据：data = 2
}
有缓冲channel
有缓冲的通道（buffered channel）是一种在被接收前能存储一个或者多个值的通道。
这种类型的通道并不强制要求 goroutine 之间必须同时完成发送和接收。通道会阻塞发送和接收动作的条件也会不同。只有在通道中没有要接收的值时，接收动作才会阻塞。只有在通道没有可用缓冲区容纳被发送的值时，发送动作才会阻塞。
这导致有缓冲的通道和无缓冲的通道之间的一个很大的不同：无缓冲的通道保证进行发送和接收的 goroutine 会在同一时间进行数据交换；有缓冲的通道没有这种保证。
示例图如下：
有缓存的channel.png
l 在第 1 步，右侧的 goroutine 正在从通道接收一个值。
l 在第 2 步，右侧的这个 goroutine独立完成了接收值的动作，而左侧的 goroutine 正在发送一个新值到通道里。
l 在第 3 步，左侧的goroutine 还在向通道发送新值，而右侧的 goroutine 正在从通道接收另外一个值。这个步骤里的两个操作既不是同步的，也不会互相阻塞。
l 最后，在第 4 步，所有的发送和接收都完成，而通道里还有几个值，也有一些空间可以存更多的值。
有缓冲的channel创建格式：
make(chan Type, capacity)
如果给定了一个缓冲区容量，通道就是异步的。只要缓冲区有未使用空间用于发送数据，或还包含可以接收的数据，那么其通信就会无阻塞地进行。
package main
import (
"fmt"
"time"
)
func main() {
ch := make(chan int, 3) //创建一个有缓存的channel
fmt.Printf("len(ch)=%d,cap(ch)=%d\n", len(ch), cap(ch)) //len(ch)=0,cap(ch)=3
go func() {
for i := 0; i < 10; i++ {
ch <- i
fmt.Printf("子协程[%d],len(ch)=%d,cap(ch)=%d\n", i, len(ch), cap(ch))
}
}()
time.Sleep(2 * time.Second)
for i := 0; i < 10; i++ {
num := <-ch
fmt.Println("num = ", num)
}
// 输出结果：
// 子协程[0],len(ch)=1,cap(ch)=3
// 子协程[1],len(ch)=2,cap(ch)=3
// 子协程[2],len(ch)=3,cap(ch)=3
// num = 0
// num = 1
// num = 2
// num = 3
// 子协程[3],len(ch)=3,cap(ch)=3
// 子协程[4],len(ch)=0,cap(ch)=3
// 子协程[5],len(ch)=1,cap(ch)=3
// 子协程[6],len(ch)=2,cap(ch)=3
// 子协程[7],len(ch)=3,cap(ch)=3
// num = 4
// num = 5
// num = 6
// num = 7
// num = 8
// 子协程[8],len(ch)=3,cap(ch)=3
// 子协程[9],len(ch)=0,cap(ch)=3
// num = 9
}
关闭channel：
如果发送者知道，没有更多的值需要发送到channel的话，那么让接收者也能及时知道没有多余的值可接收将是有用的，因为接收者可以停止不必要的接收等待。这可以通过内置的close函数来关闭channel实现。
注意点：
l channel不像文件一样需要经常去关闭，只有当你确实没有任何发送数据了，或者你想显式的结束range循环之类的，才去关闭channel；
l 关闭channel后，无法向channel 再发送数据(引发 panic 错误后导致接收立即返回零值)；
l 关闭channel后，可以继续向channel接收数据；
l 对于nil channel，无论收发都会被阻塞。
package main
import (
"fmt"
)
func main() {
ch := make(chan int)
go func() {
for i := 0; i < 10; i++ {
ch <- i //往chan里面写数据
if i == 5 {
close(ch)
//ch <- 10,err 关闭通道就不能写入东西了
break
}
}
}()
for {
if num, ok := <-ch; ok == true {
fmt.Println("num = ", num)
} else {
fmt.Println("通道被关闭了，程序结束")
break
}
}
// 输出结果：
// num = 0
// num = 1
// num = 2
// num = 3
// num = 4
// num = 5
// 通道被关闭了，程序结束
}
通过range遍历channel内容
package main
import (
"fmt"
"time"
)
func main() {
ch := make(chan int)
go func() {
for i := 0; i < 10; i++ {
fmt.Println("往chan里面写数据")
ch <- i //往chan里面写数据
if i == 5 {
close(ch)
//ch <- 10,err 关闭通道就不能写入东西了
break
}
time.Sleep(time.Second)
}
}()
for num := range ch {
fmt.Println("遍历channel：", num)
}
// 输出结果：
// 往chan里面写数据
// 遍历channel： 0
// 往chan里面写数据
// 遍历channel： 1
// 往chan里面写数据
// 遍历channel： 2
// 往chan里面写数据
// 遍历channel： 3
// 往chan里面写数据
// 遍历channel： 4
// 往chan里面写数据
// 遍历channel： 5
}
单向channel特点
默认情况下，通道是双向的，也就是，既可以往里面发送数据也可以同里面接收数据。
但是，我们经常见一个通道作为参数进行传递而值希望对方是单向使用的，要么只让它发送数据，要么只让它接收数据，这时候我们可以指定通道的方向。
单向channel变量的声明非常简单，如下：
var ch1 chan int // ch1是一个正常的channel，不是单向的
var ch2 chan<- float64 // ch2是单向channel，只用于写float64数据
var ch3 <-chan int // ch3是单向channel，只用于读取int数据
l chan<- 表示数据进入管道，要把数据写进管道，对于调用者就是输出。
l <-chan 表示数据从管道出来，对于调用者就是得到管道的数据，当然就是输入。
可以将 channel 隐式转换为单向队列，只收或只发，不能将单向 channel 转换为普通 channel：
package main
import (
"fmt"
)
func main() {
ch := make(chan int) //定义一个channel，默认是双向的
var writeCh chan<- int = ch // 只能写，不能读
var readCh <-chan int = ch //只能读，不能写
writeCh <- 666 //ok
//n := <-writeCh //err, invalid operation: <-writeCh (receive from send-only type chan<- int)
num := <-readCh
// readCh <- 777 //err,invalid operation: readCh <- 777 (send to receive-only type <-chan int)
fmt.Println(num)
}
单向channel的应用：
package main
import (
"fmt"
"time"
)
// 生产者，写能写不能读
func producer(out chan<- int) {
for i := 0; i < 5; i++ {
fmt.Println("生产者producer：", (i * i))
out <- i * i
time.Sleep(time.Second)
}
close(out)
}
// 消费者，写能读不能写
func consumer(in <-chan int) {
for num := range in {
fmt.Println("消费者consumer：", num)
}
}
func main() {
ch := make(chan int) //定义一个channel，默认是双向的
go producer(ch)
consumer(ch)
fmt.Println("程序结束")
// 输出结果：
// 生产者producer： 0
// 消费者consumer： 0
// 生产者producer： 1
// 消费者consumer： 1
// 生产者producer： 4
// 消费者consumer： 4
// 生产者producer： 9
// 消费者consumer： 9
// 生产者producer： 16
// 消费者consumer： 16
// 程序结束
}
Timer
Timer是一个定时器，代表未来的一个单一事件，你可以告诉timer你要等待多长时间，它提供一个channel，在将来的那个时间那个channel提供了一个时间值。
Timer实现延时功能、定时器停止、定时器重置
package main
import (
"fmt"
"time"
)
func main() {
// 1. Timer的使用
fmt.Println("------Timer的使用---------")
fmt.Println("Timer的使用演示案例")
t1 := time.NewTimer(2 * time.Second)
fmt.Println("当前时间：", time.Now()) // 2019-03-20 14:00:41.9098831 +0800 CST m=+0.001982001
t2 := <-t1.C
fmt.Println("t2：", t2) //2019-03-20 14:00:43.9099262 +0800 CST m=+2.002025101
fmt.Println("------Timer实现延时功能---------")
// 2. Timer实现延时功能
// 定时5秒
t3 := time.NewTimer(5 * time.Second)
fmt.Println("5s倒计时开始")
<-t3.C
fmt.Println("5s时间到")
// 3. 定时器停止
fmt.Println("------定时器停止---------")
t4 := time.NewTimer(3 * time.Second)
fmt.Println("3s后执行子协程")
go func() {
<-t4.C
fmt.Println("时间到,子协程打印")
}()
t4.Stop() // 如果加了这句话，则子协程的任务就会取消，也就是不会打印
// 4. 定时器重置
fmt.Println("------定时器重置---------")
fmt.Println("定时器重置5s->1s")
t5 := time.NewTimer(5 * time.Second)
t5.Reset(1 * time.Second) //重新设置为1s
<-t5.C
fmt.Println("定时器重置success")
for {
}
}
Ticker
package main
import (
"fmt"
"time"
)
func main() {
// 1. Ticker的使用
fmt.Println("Ticker的使用演示案例")
t1 := time.NewTicker(1 * time.Second)
i := 0
for {
<-t1.C
fmt.Println("ticker:", i)
if i > 10 {
break
} else {
i++
}
}
// 输出结果：
// Ticker的使用演示案例
// ticker: 0
// ticker: 1
// ticker: 2
// ticker: 3
// ticker: 4
// ticker: 5
// ticker: 6
// ticker: 7
// ticker: 8
// ticker: 9
// ticker: 10
// ticker: 11
}
Select
Go里面提供了一个关键字select，通过select可以监听channel上的数据流动。
select的用法与switch语言非常类似，由select开始一个新的选择块，每个选择条件由case语句来描述。
与switch语句可以选择任何可使用相等比较的条件相比， select有比较多的限制，其中最大的一条限制就是每个case语句里必须是一个IO操作，大致的结构如下：
select {
case <-chan1:
// 如果chan1成功读到数据，则进行该case处理语句
case chan2 <- 1:
// 如果成功向chan2写入数据，则进行该case处理语句
default:
// 如果上面都没有成功，则进入default处理流程
}
在一个select语句中，Go语言会按顺序从头至尾评估每一个发送和接收的语句。
如果其中的任意一语句可以继续执行(即没有被阻塞)，那么就从那些可以执行的语句中任意选择一条来使用。
如果没有任意一条语句可以执行(即所有的通道都被阻塞)，那么有两种可能的情况：
l 如果给出了default语句，那么就会执行default语句，同时程序的执行会从select语句后的语句中恢复。
l 如果没有default语句，那么select语句将被阻塞，直到至少有一个通信可以进行下去。
通过select实现斐波那契数列
package main
import (
"fmt"
)
func fibonacci(ch chan<- int, quit <-chan bool) {
x, y := 1, 1
for {
select {
case ch <- x:
x, y = y, x+y
case flag := <-quit:
fmt.Println("quit:", flag)
return
}
}
}
func main() {
// 1.通过select实现斐波那契数列 1、1、2、3、5、8、13、21、34、……
fmt.Println("select的使用演示案例")
ch := make(chan int)
quit := make(chan bool)
go func() {
for i := 0; i < 8; i++ {
num := <-ch
fmt.Println("num = ", num)
}
quit <- true
}()
fibonacci(ch, quit)
// 输出结果：
// select的使用演示案例
// num = 1
// num = 1
// num = 2
// num = 3
// num = 5
// num = 8
// num = 13
// num = 21
// quit: true
}
select实现的超时机制
有时候会出现goroutine阻塞的情况，那么我们如何避免整个程序进入阻塞的情况呢？我们可以利用select来设置超时，通过如下的方式实现：
package main
import (
"fmt"
"time"
)
func main() {
// 1. select实现的超时机制
fmt.Println("select实现的超时机制演示案例")
ch := make(chan int)
quit := make(chan bool)
go func() {
for {
select {
case num := <-ch:
fmt.Println("程序执行中", num)
case <-time.After(3 * time.Second):
fmt.Println("程序超时")
quit <- true
}
}
}()
for i := 0; i < 10; i++ {
ch <- i
time.Sleep(time.Second)
}
<-quit
fmt.Println("程序结束")
// 输出结果：
// select实现的超时机制演示案例
// 程序执行中 0
// 程序执行中 1
// 程序执行中 2
// 程序执行中 3
// 程序执行中 4
// 程序执行中 5
// 程序执行中 6
// 程序执行中 7
// 程序执行中 8
// 程序执行中 9
// 程序超时
// 程序结束
}
END
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