进阶-1

复习

1. Go语言保留了C语言中的指针，但又有所不同；
   1. 默认值为 nil
   2. 操作符 & 取变量地址，* 通过指针访问目标对象；
   3. 不支持指针运算，不支持 -> 运算符，直接使用 . 访问目标成员。
2. 32为系统：4G
   1. 3G - 4G：kernel占用
   2. 0 - 3G：用户使用，可分为代码区、只读数据区、数据区、未初始化数据区、堆、栈、其他
   3. 栈：默认大小为1M，Windows系统上可扩展到8M，考虑到栈区内存很小，所以由操作系统管理栈的释放；
   4. 堆：通常内存空间在 1G 以上，在程序合理的情况下，GC机制能有效控制释放；
3. 切片并不是数组或数组指针，它是通过内部指针和相关属性引用数组片段，以实现变长放案；
   1. 切片并不是真正意义上的动态数组，而是一个引用类型，数组是值传递；
   2. 切片是一种数据结构体，总是指向一个底层array
   3. 切片创建的多种方式

   slice := []int{1, 2, 3}
   slice := make([]int, 长度, 容量)
   slice := make([]int, 长度)  // 省略容量时，容量==长度
   

4. make()函数只能用于创建 切片、Map、Channel
5. 相同结构体类型：成员变量的类型、个数、顺序都完全一致；相同结构体变量之间可以直接赋值；
   1. 结构体变量的地址 == 结构体首个元素的地址
   2. 结构体是值传递，内存消耗大，效率低下；
6. unsave.Sizeof(xxx)：查看占用的字节数；
   1. Go语言的布尔类型是用 0/1 模拟的，所以占用 1 个字节；
   2. 不管何种类型的指针，在64位操作系统下，占用字节数恒为8，所以在传递结构体时，通常使用 指针 实现地址传递。
7. 函数不能返回局部变量的地址值(指针)！因为局部变量保存在栈中，栈区释放之后，局部变量不受系统保护，随时可能把内存分配给其他程序；
8. 虚拟地址映射：我们常说的内存地址其实虚拟地址，因为操作系统并不是希望直接把物理内存地址暴露给用户；
   1. 堆区的地址是连续的，而真正的物理存储却并不是连续的内存区间，目的是为了让内存得到充分的利用；
   2. 磁盘的最小单位是扇区，内存的最小单位是页。
9. 当一个进程启动时，系统会自动打开三个文件：标准输入、标准输出、标准错误 --- stdin、stdout、stderr ，进程结束，系统会自动关闭它们。

并发

1. 并行与并发
   1. 并行：借助多核CPU实现，是真并行；
   2. 并发：宏观的用户体验上，程序是并行的；微观上，其实是轮换使用CPU时间轮片，飞快地切换，是假并行。
2. 程序与进程
   1. 程序：编译成功得到的二进制文件，占用磁盘空间；
   2. 进程：运行起来地程序，占用系统资源；
3. 进程状态
   1. 5种基本状态：初始态、就绪态、运行态、挂起/阻塞态、终止/停止态
   2. 初始态为进程准备阶段，常与就绪态结合考虑；

进程状态.png

1. 进程并发
   1. 系统开销比较大，占用资源比较多，开启进程数量比较少；
   2. 父进程通过fork创建子进程，子进程再创建新的进程，且父进程永远无法预测子进程什么时候结束；
   3. 在 unix/linux 系统下，还会产生孤儿进程和僵尸进程；
   4. 孤儿进程：父进程先于子进程结束，则子进程成为孤儿进程，子进程地父进程成为init进程，称为init进程领养孤儿进程；
   5. 僵尸进程：进程终止，父进程尚未回收，子进程残留资源存放于内核种，变成僵尸进程；
   6. Windows系统地进程和Linux地进程有所不同，它从不执行任何东西，只是为线程提供执行环境，由线程负责执行包含在进程地址空间中的代码；在创建一个进程时，系统也会自动为其创建第一个线程，称为主线程。
2. 线程并发
   1. 进程是最小的系统资源分配单位
   2. 线程：LWP 轻量级的进程，最小的执行单位，CPU分配时间轮片的对象
3. 线程同步
   1. 线程同步机制：锁
   2. 互斥锁：建议锁，拿到锁以后才能访问数据，没有拿到锁的线程阻塞等待；
   3. 读写锁：一把具有读属性和写属性的锁，写独占，读共享，且写的优先级最高。
4. 协程并发：轻量级线程，占用系统资源最少
   1. 协程最大的优势在于轻量级，可以轻松创建数万个而不导致系统资源衰竭，而线程和进程通常很难达到1万个；
   2. 一个线程可以有任意多个协程，但某一个时刻只能有一个协程在运行，多个协程共享该线程分配到的计算机资源；
   3. 在协程中，调用一个任务就像调用一个函数一样，消耗的系统资源最少，但能达到进程/线程并发的相同效果。

Goroutine

1. Go语言为并发编程而内置的上层API基于顺序通信进程模型CSP，这就意味着显式锁是可以避免的，因为Go通过相对安全的通道发送和接收数据以实现同步，大大简化了并发程序的编写；
2. Go语言中的并发程序主要通过两种手段实现：Goroutine 和 Channel
3. Goroutine是Go语言并行设计的核心，也成为Go程，其本质就是协程，十几个Goroutine在底层可能只有五六个线程，Go语言内部实现了Goroutine之间的内存共享；
4. 执行Goroutine只需极少的栈内存(4-5KB，会根据相应的数据伸缩)，可同时运行成千上万个并发任务；
5. 创建：只需要在函数调用语句前添加 go 关键字，就可以创建并发执行单元，调度器会自动将其安排到合适的系统线程上执行；

    func sing()  {
        for i:=0; i<10; i++ {
            fmt.Println("sing: ", i)
            time.Sleep(10)
        }
    }
    func dance()  {
        for i:=0; i<10; i++ {
            fmt.Println("dance: ", i)
            time.Sleep(10)
        }
    }
    func main() {
        go sing()
        go dance()
        for  {
            ;
        }
    }

6. 当一个程序启动时，主函数main()在一个单独的Goroutine中运行，又称为main Goroutine(主Go程)，在主Go程中开启的Go程称为子Go程；
7. 特性：主Go程一旦结束，进程也就结束了，子Go程也就随之退出了！

runtime包

1. 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执行，并在下次重新获得CPU时间轮片时，从之前出让CPU的位置继续向下执行！
   1. 虽然runtime.Gosched()与time.Sleep()都能让出时间片，但它们的量级是不同的；
   2. runtime.Gosched()让时间片之后，会立即加入等待区，而time.Sleep()则必须等待休眠时间到了之后才会加入等待区。
2. runtime.Goexit()：立即终止当前 Goroutine(非主Go程)的执行，调度器确保所有已注册 defer 延迟调用被执行；
   1. return 只是针对一个函数的结束，其后面注册的 defer 也不会再执行，因为还没来得及注册；
   2. Goexit()针对的是整个当前的Go程，一旦执行，当前所在的Go程立即终止，其后的代码不在执行，包括尚未注册的defer
3. GOMAXPROCS(n)：设置可同时执行(并行)的CPU核数的最大值，并返回之前的值；

   n := runtime.GOMAXPROCS(1)  // 将CPU设置为单核
   

   1. 首次调用返回默认值，如果 n < 1 ，则设置失败，不会更改当前值；
   2. 默认会使用CPU的全核工作，但也会受电源等元器件的影响，为了保护系统服务正常工作，而选择降频工作，即不启用全核。
4. NumCPU()：查询本地机器的逻辑CPU个数；
5. GC()：手动执行一次垃圾回收；

Channel

1. Channel是Go语言中的一个核心类型，可以看成管道，分为两个端：写端(传入端)、读端(传出端)
   1. 并发核心单元通过Channel就可以发送/接收数据进行通讯，在一定程度上进一步降低编程难度；
   2. Channel是一个数据类型，主要用于解决协程的同步问题以及协程之间的数据共享(数据传递)问题；
   3. 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；
   4. 引用类型Channel可用于多个Goroutine的通讯，其内部实现了同步，确保并发安全。
2. Channel与Map类似，由 make() 创建底层数据结构，且它是引用类型，默认值为nil，遵循地址传递；
   1. 声明

   var channel chan int   // 声明一个Channel通道，默认可读可写
   var read <-chan int   // 声明一个只读的Channel通道
   var write chan<- int   // 声明一个只写的Channel通道
   

   2. 创建

   channel := make(chan Type, capacity)  //创建一个Channel
   

   1. chan是声明Channel的关键字，Type 表示Channel收发数据的类型；
   2. capacity可省略，默认值为0，此时Channel是无缓冲阻塞读写的；当capacity > 0时，Channel是有缓冲非阻塞的，直到写满capacity个元素才阻塞写入。
3. Channel通过操作符 <- 来收发数据

   channel <- value  // 写端，发送 value 到 channel，value 的数据类型与定义类型保持一致
   <-channel     // 接收并将其丢弃，读端
   x := <-channel   // 从 channel 中接收数据，并赋值给x，读端
   x, ok := <-channel  // ok 可以检查通道是否已关闭，或者是否为空，读端
   

   1. len()获取的是Channel中剩余未读取的数据个数；
   2. cap()获取Channel的容量。
4. For example

   var channel = make(chan int)  // 创建 Channel 通道
   func sing()  {
       printer("hello")
       channel <- 8   // 执行完打印操作之后，再向Channel中发送数据
   }
   func dance()  {
       <- channel   // 阻塞、等待接收Channel中的数据
       printer("world")
   }
   func printer(s string) {  // 打印操作，每次睡眠 1s
       for _,ch:=range s {
           fmt.Printf("%c", ch)
           time.Sleep(1000*time.Millisecond)
       }
   }
   func main() {
       go sing()
       go dance()
       for  {
           ;
       }
   }
   // helloworld
   

5. 无缓冲阻塞Channel：同步通信
   1. 无缓冲通道是指在接收前没有能力保存任何值的通道，通道容量为0
   2. 它要求写端和读端同时准备好，才能完成收发操作，否则先执行的一端Go程就会阻塞等待，即读写同步！比如打电话

       func main() {
           ch := make(chan string)
           go func() {
               for i:=0; i<5; i++ {
                   fmt.Println(i)
                   time.Sleep(1000*time.Millisecond)
               }
               <- ch  // 循环结束才会消费通道中的数据
           }()
           ch <- "hello"  // 写端-主Go程陷入阻塞，等待读端消费数据，然后才能重新加入CPU时间轮片
           fmt.Println("main end")
       }
       // 0 1 2 3 4    main end
   

   3. 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，否则就会造成死锁；
   4. 阻塞：由于某种原因导致数据没有到达，当前协程/线程持续处于等待状态，直到条件满足，才能解除阻塞；
   5. 同步：在两个或多个协程/线程间，保持数据内容的一致性。
6. 有缓冲Channel：异步通信
   1. 缓冲区可以进行数据存储，达到容量上限之后才会阻塞，具备异步能力！比如发短信

       func main() {
           ch := make(chan int, 3)
           go func() {
               for i:=0; i<8; i++ {
                   fmt.Println("func: ", i)
                   ch <- i
               }
           }()
           for i := 0; i < 8; i++ {
               n := <-ch
               fmt.Println("main: ", n)
               time.Sleep(1*time.Second)  // 睡眠 1s
           }
           fmt.Println("main end")
       }
   

7. close(ch)：内置函数，关闭Channel
   1. 一端关闭了通道，另一端是可以判断通道是否已经关闭的；

       if n, ok := <-ch; ok {
   
       }
   

   2. 如果对端已经关闭了通道，ok 为 false，主要也是关闭发送端；
   3. 数据未发送完，不应该关闭通道；已关闭的通道不能再发送数据，否则报异常：send on closed channel
   4. 写端已关闭了通道，对于无缓冲的Channel，读端还可以从中读取到数据，结果为数据类型的默认值；对于有缓冲的Channel，如果缓冲区内还有数据，则先读数据，读完之后还可以继续读，结果也是数据类型的默认值；
8. for-range 可以遍历通道，获取其中的数据

   for n := range channel {
   }
   

单向Channel

1. 默认的Channel是双向的
2. 单向写Channel：var send chan <- int
3. 单向读Channel：var recv <-chan int
4. 双向Channel可以隐式转换为任意一种同类型的单向Channel，反之则不行！

   ch := make(chan int)
   var send chan <- int = ch
   send <- 89
   

   1. Channel一定是成对出现的，只有单向Channel会造成死锁；
   2. 不能对单向写Channel进行读取操作。
5. 单向Channel传参

   func send(s chan <- int)  {  // 单向写Channel
       s <- 89
       close(s)
   }
   func recv(r <- chan int)  {  // 单向读Channel
       n := <- r
       fmt.Println("recv: ", n)
   }
   func main() {
       ch := make(chan int)  // 双向Channel
       go func() {
           send(ch)
       }()
       recv(ch)  // 89
   }
   

生产者消费者模型

生产者 -> 缓冲区 -> 消费者

1. 缓冲区的作用
   1. 解耦：降低生产者和消费者之间的耦合度；
   2. 并发：生产者和消费者的数量不对等时，保持正常通信；
   3. 缓存：生产者和消费者的数据处理速度不一致时，暂存数据；
2. Channel可以作为缓冲区，实现生产者(Go程-1)与消费者(Go程-2)的通信

定时器

1. time.Timer 是一个定时器，代表未来的一个单一事件，可以设置等待时间；

   type Timer struct {
       C <-chan Time
       r runtimeTimer
   }
   

   1. 它提供一个Channel，在定时时间到达之前，没有数据写入通道 C 就会一直阻塞；定时时间到了之后，系统会自动向 C 通道中写入当前时间，阻塞即刻被解除；
   2. time.NewTimer(d)：创建定时器，传入定时时长，返回值为*Timer

   t := time.NewTimer(time.Second*2)  //定时2s
   now := <- t.C  //从 Timer 中读通道C 的数据，也就是当前时间
   

   3. 设置了定时器后，当前Go程会阻塞，等待定时时间到，返回Timer指针；
   4. 应从通道中读出数据，否则会一直阻塞；
   5. t.Stop()：停止定时器；
   6. t.Reset(d)：重置定时时长；
2. timer.Sleep() 属于单纯的等待；
3. timer.After() 也可以实现定时等待，返回一个Time类型的Channel

   now <- timer.After(time.Second*2)  // 从通道中取出当前时间
   

4. 周期定时：timer.NewTicker(d)，系统每隔 d 时间自动向通道中写入一次当前系统时间，返回*Ticker

   type Ticker struct {
       C <-chan Time
       r runtimeTimer
   }
   

   func main() {
       t := time.NewTicker(time.Second)  // 设置周期为 1s
       go func() {
           for {
               now := <-t.C
               fmt.Println(now)
           }
       }()
       for {
           ;
       }
   }