Golang 并发之三 ( go channel 和 gorou

Channel 是什么？

channel，通道，本质上是一个通信对象，goroutine 之间可以使用它来通信。从技术上讲，通道是一个数据传输管道，可以向通道写入或从中读取数据。

定义一个channel

Go 规定: 使用 chan 关键字来创建通道，使用make关键字初始化通道，一个通道只能传输一种类型的数据。

零值通道

上面的程序定义一个通道c变量，它可以传输类型为int的数据。上面的程序打印 <nil>， 是因为通道的零值是 nil。但是 nil 通道不能传输数据。因此，我们必须使用 make 函数来创建一个可用的通道。

make创建可用通道

我们使用简写语法 := 和 make 函数创建通道。上述程序产生以下结果:

type of `c` is chan int
value of `c` is 0xc0420160c0

注意通道的值 c，看起来它是一个内存地址。

通道是指针类型。某些场景下，goroutine 之间通信时，会将通道作为参数传递给函数或方法，当程序接收该通道作为参数时，无需取消引用它即可从该通道推送或拉取数据。

通道数据读写

Go规定：使用左箭头语法 <- 从通道读取和写入数据。

• 写入数据

c <- data

上面的示例表示：将data发送到通道 c 中。看箭头的方向，它从data指向c, 因此可以想象”我们正在尝试将data推送到 c”。

• 读取数据

<- c

上述示例表示：从通道 c 读取数据。看箭头方向，从 c 通道开始。

该语句不会将数据推存到任何内容中，但它仍然是一个有效的语句。

如果您有一个变量data，可以保存来自通道的数据，则可以使用以下语法：

var data int
data = <- c

现在来自通道 c 的 int 类型的数据可以存储到变量data中, data 必须也是int类型。

上面的语法可以使用简写语法重写，如下所示

data := <- c

golang 自动识别c中的数据类型，并将data设置为同样的类型

以上所有通道操作都是阻塞的 在上一课中，我们使用 time.Sleep 阻塞了goroutine，从而调度了其它的goroutine。 而通道操作本质上也是阻塞的，当向通道写入数据时，当前goroutine 会被阻塞，直到其它goroutine 从该通道读取数据。我们在并发章节中看到，当前的goroutine阻塞后， 调度器会调度其它空闲的goroutine继续工作，从而保证程序不会永远阻塞，这是用channel来做的。通道的这个特性在 goroutines 通信中非常有用，因为它可以防止我们编写手动锁和 hack 来使它们彼此协同工作。

channel 实践

goroutine 和 channel

下面我们一步一步的讲讲解上面程序的执行过程：

• 首先声明了greet函数，它接受字符串类型的通道c。greeter这个函数从通道 c 读取数据,并打印到控制台。
• 在 main 函数中，第一条语句： 打印 "main started" 到控制台
• main函数第二条语句：使用 make 初始化字符串类型的通道 c
• main 函数第三条语句中： 将通道c 传递给 greet 函数，但使用 go 关键字将其作为 goroutine 执行。
• 此时，进程有 2 个 goroutine，而活动goroutine 是 main goroutine（查看上一课就知道它是什么）。然后控制权转到下一行代码。
• main 第四行语句：将字符串值 "John" 发送到通道 c。此时，goroutine 被阻塞，直到某个 goroutine 读取它。 Go调度器调度greet goroutine，它按照第一点中提到的那样执行。
• 然后 main goroutine 激活并执行最后的语句，打印 "main stopped"。

deadlock

前面我们说了“通道本质上是阻塞的”，当在通道写入或读取数据时，该 goroutine 会阻塞，而且会一直阻塞，控制权被传递给其他可用的 goroutine。如果没有其他可用的 goroutine 怎么办，程序无法向下执行了，这就产生死锁错误，导致整个程序崩溃。

当尝试从某个通道读取数据，但通道没有可用的值时，会期望其它 goroutine 推送值到该通道， 而阻塞当前goroutine，交出控制权，因此，此读取操作将是阻塞的。同样，如果要向通道发送数据，会交出控制权到其它goroutine，直到某个 goroutine 从中读取数据。因此，此发送操作将被阻塞。

死锁的一个简单示例是只有主 goroutine 执行一些通道操作。

死锁

上面的程序将在运行时死锁了， 抛出以下错误:

main() started
fatal error: all goroutines are asleep - deadlock!
goroutine 1 [chan send]:
main.main()
        program.Go:10 +0xfd
exit status 2

fatal error: all goroutines are asleep - deadlock!。似乎所有 goroutine 都处于睡眠状态，或者根本没有其他 goroutine 可用于调度。

关闭channel

一个通道可以关闭，这样就不能再通过它发送数据了。接收器 goroutine 可以使用 val, ok := <- c 语法找出通道的状态，如果通道打开或可以执行读取操作，则 ok 为真，如果通道关闭且无法执行更多读取操作，则为 false 。

可以使用 close(channel) 的 close 内置函数关闭通道。

让我们看一个简单的例子。

关闭channel

只是为了帮助你理解阻塞的概念，首先发送操作 c <- "John" 是阻塞的，一些 goroutine 必须从通道读取数据，因此greet goroutine 是由 Go调度器调度的。然后第一次读取操作 <-c 是非阻塞的，因为数据存在于通道 c 中以供读取。第二次读取操作 <-c 将被阻塞，因为通道 c 没有任何数据可供读取，因此 Go 调度器激活 main goroutine 并且程序从 close(c) 函数开始执行。

从上面的错误中，是由尝试在关闭的通道上发送数据引起的。为了更好地理解关闭通道的可用性，让我们看看 for 循环。

for loop

for{} 的无限循环语法可用于读取通过通道发送的多个值。

for循环读取channel

在上面的例子中，我们正在创建 goroutine squares，它一个一个地返回从 0 到 9 的数字的平方。在main goroutine 中，我们正在无限循环中读取这些数字。

在无限 for 循环中，由于我们需要一个条件来在某个时刻中断循环，因此我们使用语法 val, ok := <-c 从通道读取值。在这里，当通道关闭时，ok 会给我们额外的信息。因此，在 squares 协程中，在写完所有数据后，我们使用语法 close(c) 关闭通道。当 ok 为真时，程序打印 val 中的值和通道状态 ok。当它为假时，我们使用 break 关键字跳出循环。因此，上述程序产生以下结果:

main() started
0 true
1 true
4 true
9 true
16 true
25 true
36 true
49 true
64 true
81 true
0 false <-- loop broke!
main() stopped

当通道关闭时，goroutine 读取的值为通道数据类型的零值。在这种情况下，由于 channel 正在传输 int 数据类型，因此可以从结果中看到它是 0。与向通道读取或写入值不同，关闭通道不会阻塞当前的 goroutine。

为了避免手动检查通道关闭条件的痛苦，Go 提供了更简单的for range循环，它会在通道关闭时自动关闭。

让我们修改我们之前的上述程序。

range读取channel

在上面的程序中，我们使用了 for val := range c 而不是 for{}。 range 将一次从通道读取一个值，直到它关闭。因此，上述程序产生以下结果

main() started
0
1
4
9
16
25
36
49
64
81
main() stopped

如果不关闭 for range 循环中的通道，程序将在运行时抛出死锁致命错误。所以，数据发送完成时，要记得关闭通道；还可以使用select，default来避免这个问题。

缓冲区通道和通道容量

正如我们所见，每一个通道写入操作都会阻塞当前goroutine。但是到目前位置，在创建channel时，我们都没有给make第二个参数。这第二个参数就是通道容量，或缓冲区。默认为0的通道成为无缓冲区通道。

当通道的缓冲区大于0时，缓冲区被填满之前， goroutine不会被阻塞。缓冲区满后， 只有当通道的最后数据被读取，新的值才能被添加。有一个问题是通道读取是饥渴操作，这表示读取一旦开始，只要缓冲区有数据， 读取就会一直进行。技术上来讲，缓冲区为空时，读取操作才是阻塞的。

我们使用下面的语法定义带缓冲的通道：

c := make(chan Type, n)

上面会创建一个数据类型为 Type 且缓冲区大小为 n 的通道。直到 channel 收到 n+1 个发送操作，它才会阻塞当前的 goroutine。

buffered channel

在上面的程序中，通道 c 的缓冲区容量为 3。这意味着它可以容纳 3 个值，在第20行，由于缓冲区没有溢出（因为我们没有推送任何新值），main goroutine 不会阻塞，运行后退出，并不会调度到squares goroutine。

让我们在发送一个额外的值：

buffer channel2

如我们前面讨论， 通道 c <- 4 发送操作超出了channel的容量，阻塞了main goroutine， squares goroutine 获得控制权，并读取通道内的所有值。

一个通道的长度和容量怎么计算呢

与切片类似，缓冲通道具有长度和容量。通道的长度是通道缓冲区中值的数量，而通道的容量是缓冲区大小,创建时n的值。计算长度，我们使用len函数，而找出容量，我们使用cap函数，就像切片一样

length and capacity of channel

如果你想知道为什么上面的程序运行良好并且没有抛出死锁错误。这是因为，由于通道容量为 3 并且缓冲区中只有 2 个值可用，Go 没有尝试通过阻止主 goroutine 执行来调度另一个 goroutine。如果需要，您可以简单地在main goroutine 中读取这些值，因为即使缓冲区未满，也不会阻止您从通道读取值。

另外一个例子：

example

使用多个 goroutine

下面我们创建2个goroutines, 一个计算整数的平方， 一个计算整数的立方

https://play.golang.org/p/6wdhWYpRfrX

下面分析一下程序的执行过程：

1. 首先创建了两个函数， square 和 cube, 两个函数都使用 c chan int channel 作为参数， 函数从c中读取整数， 计算完成后，写回c中
2. 在main goroutinue 中，我们创建了两个int 类型的 channel : squareChan 和 cubeChan
3. 使用go关键字， 以goroutine的方式 square 和 cube
4. 此时控制权还在 main goroutine中， 我们个变量 testNum 一个值3
5. 此时我们把testNum 发送到channel squareChan 和 cubeChan, main goroutine 将被阻塞，直到这些channel的数据被读取。一旦chanel中的数据被读取，main goroutine 将继续执行。
6. 此时在main goroutine中， 尝试从squareChan 和 cubeChan 读取数据， 这依然是阻塞操作， 直到这些channel在他们各自的goroutine被写入数据, main gorounine 才能继续执行

上图中程序的执行结果如下：

[main] main() started
[main] sent testNum to squareChan
[square] reading
[main] resuming
[main] sent testNum to cubeChan
[cube] reading
[main] resuming
[main] reading from channels
[main] sum of square and cube of 3  is 36
[main] main() stopped

单向通道

至此， 我们所操作的channel都是双向的， 既能读取，也能写入。我们也可以创建单向操作的channel， 只读channel：只能读取数据；只写chanel：只能写入数据。

单向chanel创建依然使用make 函数，只是额外添加了单向箭头（<-）语法：

roc := make(<-chan int)         // read-only chan
soc := make(chan<- int)         // send-only chan

在上面的程序中， roc是只读channel， make函数中的箭头方向是远离chan(<-chan); soc是只写channel， make函数中箭头方向，指向chan(chan<-)， 他们是两个不同的类型

https://play.golang.org/p/JZO51IoaMg8

但是单向信道有什么用呢？使用单向通道增加了程序的类型安全性。可减少程序出错概率。

假如有如下场景： 假如你有一个goroutine， 你只需要在其中读取channel中的数据， 但是main goroutine需要在同一个channle读取和写入数据，该怎么做呢？

幸运的是go 提供了简单的语法， 把双向的channle，改为单向

https://play.golang.org/p/k3B3gCelrGv

如上述示例所示， 我们只需要在 greet 函数中， 将接收参数修改为单向channel即可，现在我们在greet中，对channel的操作，只能读了， 任何写造作都会导致 fatal 错误 "invalid operation: roc <- "some text" (send to receive-only type <-chan string)"。

匿名goroutine

在 goroutines 章节中，我们学习了匿名 goroutines。我们也可以与他们一起实施渠道。让我们修改前面的简单示例，在匿名 goroutine 中实现 channel。

这是我们之前的例子

https://play.golang.org/p/c5erdHX1gwR

下面是一个修改后的例子，我们将 greet goroutine 变成了一个匿名 goroutine。

https://play.golang.org/p/cM5nFgRha7c

channel 作为 channel 的数据类型

如标题所示， channel 作为 golang中类型中国的一等公民， 可以像其他值一样在任何地方使用： 作为结构的元素， 函数参数，返回值，甚至是另外一个通道的类型。下面的例子中，我们使用一个通道作为另外一个通道的数据类型。

https://play.golang.org/p/xVQvvb8O4De

select

select 就像没有任何输入参数的 switch 一样，但它只用于通道操作。 select 语句用于仅对多个通道中的一个执行操作，由 case 块有条件地选择。

我们先看一个例子：

https://play.golang.org/p/ar5dZUQ2ArH

从上面的程序中，可以看到select语句就像switch一样，但不是布尔操作，而是通道操作。 select 语句是阻塞的，除非它有default项。 一旦满足条件之一， 它将解除阻塞。 那么它什么时候满足条件呢？

如果所有 case 语句（通道操作）都被阻塞，则 select 语句将等待，直到其中一个 case 语句（其通道操作）解除阻塞，然后执行该 case。如果部分或全部通道操作是非阻塞的，则将随机选择非阻塞情况之一并立即执行。

为了解释上面的程序，我们启动了 2 个具有独立通道的 goroutine。然后启动了 2 个case的 select 语句。一种情况从 chan1 读取值，另一种情况从 chan2 读取值。由于这些通道是无缓冲的，读操作将被阻塞（写操作也是如此）。所以这两种选择的情况都是阻塞的。因此 select 将等待，直到其中一种情况变为非阻塞。

当程序运行到 select 代码段时， main goroutine 会阻塞， 然后它将调度 select 语句中存在的所有 goroutine， 每次一个，这个例子里面是service1 和 service2 对应的goroutine，service1 将会等待3s，然后， 写入一条数据到 chan1 解除阻塞， service2 等待5s，写入一条数据到chan2， 然后解除阻塞。由于 service1 比 service2 更早解除阻塞，case 1 将首先解除阻塞，因此将执行该 case，而其他 case（此处为 case 2）将被忽略。完成案例执行后，主函数的执行将继续进行。

上面的程序模拟了真实世界的 Web 服务，其中负载均衡器收到数百万个请求，并且必须从可用服务之一返回响应。使用 goroutines、channels 和 select，我们可以向多个服务请求响应，并且可以使用快速响应的服务。

为了模拟所有情况何时都阻塞并且响应几乎同时可用，我们可以简单地删除 Sleep 调用。

https://play.golang.org/p/giSkkqt8XHb

上述程序产生以下结果（您可能会得到不同的结果）:

main() started 0s
service2() started 481µs
Response from service 2 Hello from service 2 981.1µs
main() stopped 981.1µs

有时候也可能是：

main() started 0s
service1() started 484.8µs
Response from service 1 Hello from service 1 984µs
main() stopped 984µs

发生这种情况是因为 chan1 和 chan2 操作几乎同时发生，但执行和调度仍然存在一些时间差。

default case

和 switch 语句一样，select 语句也有 default 项。 default 是非阻塞的：default case 使得 select 语句总是非阻塞的。这意味着，任何通道（缓冲或非缓冲）上的发送和接收操作始终是非阻塞的。

如果某个值在任何通道上可用，则 select 将执行该情况。如果没有，它将立即执行默认情况。

https://play.golang.org/p/rFMpc80EuT3

在上面的程序中，由于通道是无缓冲的，并且两个通道操作的值都不是立即可用的，因此将执行默认情况。如果上面的 select 语句没有 default case，select 就会阻塞并且响应会有所不同。

由于有default的情况下select 是非阻塞的，main goroutine 不会阻塞，调度程序也不会调用其他 goroutine， service1 和 service2 并不会执行。但是我们可以手动调用 time.Sleep 来阻塞 main goroutine。这样，所有其他的 goroutine 都会执行并死亡，将控制权返回给 main goroutine，它会在一段时间后唤醒。当main gorountine唤醒时，通道将立即有可用的值。

上述程序的执行结果：

main() started 0s
service1() started 0s
service2() started 0s
Response from service 1 Hello from service 1 3.0001805s
main() stopped 3.0001805s

也可能是：

main() started 0s
service1() started 0s
service2() started 0s
Response from service 2 Hello from service 2 3.0000957s
main() stopped 3.0000957s

死锁

当没有通道可用于发送或接收数据时，default case很有用。为了避免死锁，我们可以使用 default case。这是可能的，因为默认情况下的所有通道操作都是非阻塞的，如果数据不是立即可用，Go 不会安排任何其他 goroutine 将数据发送到通道。

https://play.golang.org/p/S3Wxuqb8lMF

与接收类似，在发送操作中，如果其他 goroutine 处于休眠状态（未准备好接收值），则执行 default case。

nil channel

众所周知，通道的默认值为 nil。因此我们不能在 nil 通道上执行发送或接收操作。一旦在 select 语句中使用 nil 通道时，它会抛出以下错误之一或两个错误。

https://play.golang.org/p/uhraFubcF4S

从上面的结果我们可以看出，select(no cases)意味着select语句实际上是空的，因为忽略了带有nil channel的cases。但是由于空的 select{} 语句阻塞了主 goroutine 并且 service goroutine 被安排在它的位置，nil 通道上的通道操作会抛出 chan send (nil chan) 错误。为了避免这种情况，我们default情况。

https://play.golang.org/p/upLsz52_CrE

上面的程序不仅忽略了 case 块，而且立即执行了 default 语句。因此调度程序没有时间来调度 service goroutine。但这真是糟糕的设计。应该始终检查通道的 nil 值。

添加超时

上面的程序不是很有用，因为只执行default case。但有时，我们想要的是任何可用的服务都应该在理想的时间内做出响应，如果没有，则应该执行 default case。这可以通过使用在定义的时间后解除阻塞的通道操作的情况来完成。此通道操作由时间包的 After 函数提供。让我们看一个例子。

https://play.golang.org/p/mda2t2IQK__X

上面的程序，在 2 秒后产生以下结果。

main() started 0s
No response received 2.0010958s
main() stopped 2.0010958s

在上面的程序中， <-time.After(2 * time.Second) 2s 后解除阻塞，并返回时间，但在这里，我们对其返回值不感兴趣。由于它也像一个 goroutine，我们有 3 个 goroutine， time.After 是第一个解除阻塞的channel。因此，对应于该 goroutine 操作的 case 被执行。

这很有用，因为您不想等待来自可用服务的响应太长时间，因为用户必须等待很长时间才能从服务中获取任何信息。如果我们在上面的例子中添加 10 * time.Second，来自 service1 的响应将被打印出来，我想现在很明显了。

empty select

与 for{} 空循环一样，空的 select{} 语法也是有效的，但有一个问题。{}正如我们所知，select 语句会被阻塞，直到其中一个 case 解除阻塞，并且由于没有可用的 case 语句来解除阻塞，主 goroutine 将永远阻塞，从而导致死锁。

https://play.golang.org/p/-pBd-BLMFOu

在上面的程序中，我们知道 select 会阻塞 main goroutine，调度器会调度另一个可用的 goroutine，即 service。但在那之后，它会死掉，调度必须调度另一个可用的 goroutine，但由于主例程被阻塞，没有其他 goroutine 可用，导致死锁。

main() started
Hello from service!
fatal error: all goroutines are asleep - deadlock!
goroutine 1 [select (no cases)]:
main.main()
        program.Go:16 +0xba
exit status 2

waitgroup

让我们想象一种情况，您需要知道所有 goroutine 是否都完成了它们的工作。这与 select 你只需要一个条件为真的情况有点相反，但在这里你需要所有条件都为真才能解除main goroutine 的阻塞。这里的条件是通道操作成功。

WaitGroup 是一个带有计数器值的结构体，它跟踪产生了多少 goroutine 以及有多少已经完成了它们的工作。当这个计数器达到零时，意味着所有的 goroutine 都完成了他们的工作。

让我们深入研究一个示例:

https://play.golang.org/p/8qrAD9ceOfJ

在上面的程序中，创建了一个类型为 sync.WaitGroup 的空结构（带有零值字段）wg。 WaitGroup 结构体有禁止导出的字段，例如 noCopy、state1 和 sema，我们不需要知道它们的内部实现。这个结构有三个方法，即 Add, Wait 和 Done。

Add 方法需要一个 int 参数，它是 WaitGroup 计数器的增加量。计数器只不过是一个默认值为 0 的整数。它保存了正在运行的 goroutine 的数量。当 WaitGroup 创建时，它的计数器值为 0，我们可以通过使用 Add 方法传递 delta 作为参数来增加它。请记住，当 goroutine 启动时，计数器不会递增，因此我们需要手动递增它。

Wait 方法用于阻塞当前的gorountine。一旦计数器达到 0，该 goroutine 将解除阻塞。因此，我们需要一些东西来减少计数器。

Done 方法就是用来递减计数器的。它不接受任何参数，因此它只将计数器减 1。

在上面的程序中，创建 wg 后，我们运行了 3 次 for 循环。在每一轮中，我们启动了 1 个 goroutine 并将计数器加 1。这意味着，现在我们有 3 个 goroutine 等待执行，WaitGroup 计数器为 3。请注意，我们在 goroutine 中传递了一个指向 wg 的指针。这是因为在 goroutine 中，一旦我们完成了 goroutine 应该做的任何事情，我们需要调用 Done 方法来递减计数器。如果 wg 作为值传递，则 main 中的 wg 不会递减。这是很明显的。

在 for 循环执行完毕后，我们仍然没有将控制权交给其他 goroutine。这是通过调用wg 的 Wait方法来完成的。这将阻塞 main goroutine，直到计数器达到 0。一旦计数器达到 0，因为从 3 个协程开始，我们在 wg 上调用了 Done 方法 3 次，主协程将解除阻塞并开始执行进一步的代码。

上面的程序将产生如下结果：

main() started
Service called on instance 2
Service called on instance 3
Service called on instance 1
main() stopped

以上结果对你们来说可能不同，因为 goroutine 的执行顺序可能会有所不同。

添加方法接受 int 类型，这意味着 delta 也可以是负数。要了解更多信息，请查看官方文档[https://golang.org/pkg/sync/#WaitGroup.Add]。

worker pool

顾名思义，worker pool:即工作池，是并发模式协同完成同样工作一些列 goroutine 的集合。在前面 WaitGroup 中，我们看到一组 goroutines 并发工作，但它们没有特定的工作内容。一旦将channel加入其中，让它们有相同的工作去完成，这些goroutines就会成为一个工作池。

因此，worker pool 背后的概念是维护一个 worker goroutines 池，它接收一些任务并返回结果。一旦他们都完成了他们的工作，我们就会收集结果。所有这些 goroutine 都出于各自的目的使用相同的通道。

让我们看一个带有两个通道的简单示例，即 tasks 和 results

https://play.golang.org/p/IYiMV1I4lCj

这个程序发生了什么呢？

• sqrWorker 是一个工作函数， 它接收三个参数 tasks channel, results channel 和 id , 这个gorountine的任务是接收 tasks中的数据，计算平方，并把结果发送到results中。

• 在 main 函数中， 创建了缓冲容量为10的tasks 和 results channel，因此，在tasks缓冲满之前， 发送操作都是非阻塞的。因此，设置大的缓冲值是一个是一个好主意。

• 然后我们生成多个 sqrWorker goroutines实例，把前面建立的两个channel 和 id 作为参数，其中id是作为标记，标识是哪个gorountine正在执行任务。

• 然后我们将 5 个job传递给非阻塞的tasks channel。

• 完成了发送job到tasks后，我们关闭了它。这并不是必需的，但是如果出现一些错误，它将在将来节省大量时间。

• 然后使用 for， 循环 5 次，我们从results channel中提取数据。由于对空缓冲区的读取操作是阻塞的，因此将从工作池中调度一个 goroutine。在 goroutine 返回一些结果之前，main goroutine 将被阻塞。

• 因为在 worker goroutine 中模拟阻塞操作，调度程序将调用另一个可用的 goroutine，直到work gorountine变得可用时，它会将计算结果写入results channel。由于在缓冲区满之前，写入通道是非阻塞的，因此在此处写入results通道是非阻塞的。此外，虽然当前的 worker goroutine 不可用，但执行了多个其他 worker goroutines，消耗了tasks缓冲区中的值。在所有worker goroutine 消耗完tasks后，tasks通道缓冲区为空，for range 循环结束。当tasks通道关闭时，它不会抛出死锁错误。

• 有时，所有工作协程都可能处于休眠状态，因此主协程将唤醒并工作，直到结果通道缓冲区再次为空。

• 在所有工作 goroutine 死后，main goroutine 将重新获得控制权并从结果通道打印剩余的结果并继续执行。

上面的例子解释了多个 goroutines 如何可以在同一个通道上提供数据并优雅地完成工作。当worker被阻塞时，goroutines 很灵活的解决了这个问题。如果删除 time.Sleep() 的调用，则只有一个 goroutine 独自完成该作业，因为在 for range 循环完成且 goroutine 终止之前不会调度其他 goroutine。

运行系统速度不同， 您可能得到与上述例子不同的结果，因为如果所有的gorountine即使是被阻塞很短的时间， main gorountine也会被唤醒执行程序。

现在，让我们使用sync.WaitGroup 实现相同的效果，但更优雅。

https://play.golang.org/p/0rRfchn7sL1

上面的结果看起来很整洁，因为main goroutine 中results channel 上的读取操作是非阻塞的，而results channel 开始读取前已经完成结果填充，而main goroutine 被 wg.Wait() 调用阻塞。使用 waitGroup，我们可以防止大量（不必要的）上下文切换（调度），这里是 7，而前面的例子是 9。但是有一个牺牲，因为你必须等到所有的工作都完成。

metux

Mutex【锁】 是 Go 中最简单的概念之一。但在解释之前，让我们先了解什么是竞态条件。 goroutines 有它们独立的堆栈，因此它们之间不共享任何数据。但是可能存在堆中的某些数据在多个 goroutine 之间共享的情况。在这种情况下，多个 goroutine 试图在同一内存位置操作数据，从而导致意外结果。下面展示一个简单的例子：

https://play.golang.org/p/MQNepChxiEa

在上面的程序中，我们生成了 1000 个 goroutines，它们增加了初始为 0 的全局变量 i 的值。由于我们正在实现 WaitGroup，我们希望所有 1000 个 goroutines 一一增加 i 的值，从而得到 i 的最终值为 1000。当主 goroutine 在 wg.Wait() 调用后再次开始执行时，我们正在打印 i。让我们看看最终的结果。

value of i after 1000 operations is 937

什么？为什么我们不到1000？看起来有些 goroutines 不起作用。但实际上，我们的程序存在竞争条件。让我们看看可能发生了什么。

i = i + 1 calculation has 3 steps

-(1) 获取 i 当前值
-(2) 将i的值增加 1
-(3) 使用新值替换 i

让我们想象一个场景，在这些步骤之间安排了不同的 goroutine。例如，让我们考虑 1000 个 goroutine 池中的 2 个 goroutine，即:G1 和 G2。

当 i 为 0 时 G1 首先启动，运行前 2 个步骤，现在 i 现在为 1。但在 G1 更新步骤 3 中 i 的值之前，新的 goroutine G2 被调度并运行所有步骤。但是在 G2 的情况下，i 的值仍然是 0，因此在它执行第 3 步之后，i 将是 1。现在 G1 再次被安排完成第 3 步并从第 2 步更新 i 的值为 1。在 goroutines 的完美世界中在完成所有 3 个步骤后安排，2 个 goroutines 的成功操作会产生 i 的值是 2 但这里不是这种情况。因此，我们几乎可以推测为什么我们的程序没有将 i 的值变为 1000。

到目前为止，我们了解到 goroutine 是协作调度的。除非一个 goroutine 在并发课程中提到的条件之一阻塞，否则另一个 goroutine 不会取代它。既然 i = i + 1 没有阻塞，为什么 Go 调度器会调度另一个 goroutine？

你绝对应该在stackoverflow上查看这个答案。在任何情况下，您都不应该依赖 Go 的调度算法并实现自己的逻辑来同步不同的 goroutine。

确保一次只有一个 goroutine 完成上述所有 3 个步骤的一种方法是实现互斥锁。 Mutex（互斥）是编程中的一个概念，其中一次只有一个例程（线程）可以执行多个操作。这是通过一个例程获取对值的锁定，对它必须执行的值进行任何操作，然后释放锁定来完成的。当值被锁定时，没有其他例程可以读取或写入它。

在 Go 中，互斥锁数据结构（本质上是个map）由sync包提供的。在 Go 中，在对可能导致竞争条件的值执行任何操作之前，我们使用 mutex.Lock() 方法获取锁，然后是操作代码。一旦我们完成了操作，在上面的程序 i = i + 1 中，我们使用 mutext.Unlock() 方法解锁它。当任何其他 goroutine 在锁存在时尝试读取或写入 i 的值时，该 goroutine 将阻塞，直到操作从第一个 goroutine 解锁。因此只有 1 个 goroutine 可以读取或写入 i 的值，避免竞争条件。请记住，在整个操作被解锁之前，锁定和解锁之间的操作中存在的任何变量将不可用于其他 goroutine。

让我们用互斥锁修改前面的例子。

https://play.golang.org/p/xVFAX_0Uig8

在上面的程序中，我们创建了一个互斥锁 m 并将指向它的指针传递给所有生成的 goroutine。在开始对 i 进行操作之前，我们使用 m.Lock() 语法获取了互斥锁 m 上的锁，并且在操作之后，我们使用 m.Unlock() 语法将其解锁。以上程序产生以下结果

value of i after 1000 operations is 1000

从上面的结果可以看出，互斥锁帮助我们解决了竞态条件。但是第一条规则是避免 goroutine 之间共享资源。

您可以在运行 Go run -race program.Go 之类的程序时使用种族标志测试 Go 中的竞争条件。在此处阅读有关比赛检测器的更多信息。

Concurrency Patterns 【并发模式】

通俗来讲，就是日常使用的常用范式。
以下是一些可以使程序更快更可靠的概念和方法。

• 1. Generator 【生成器模式】

使用通道，可以实现更好实现生成器。
比如斐波那契数列，计算上开销很大， 我们可以提前计算好结果，并放入channel中， 等待程序执行到此，直接取结果即可， 而不必等待。

https://play.golang.org/p/1_2MDeqQ3o5

此图中，调用fib 函数，返回了一个channel，通过循环channel，可以接收到的计算好的数据。在 fib 函数内部，必须返回一个只接收通道，我们创建一个有buffer的通道，并在函数最后返回它。fib的返回值会将这个双向通道转换为单向只接收通道。在匿名 goroutine 中，使用 for 循环将斐波那契数推送到此通道，完成后，关闭此通道。在主协程中，使用 fib 函数调用的范围，我们可以直接访问这个通道。

• 2. fan-in & fan-out 【多路复用】

fan-in 是一种多路复用策略，将过个输入通道组合，以产生输出通道。fan-out 是将单个通道拆分为多个通道的解复用策略。

package main

import (
    "fmt"
    "sync"
)
// return channel for input numbers
func getInputChan() <-chan int {
    // make return channel
    input := make(chan int, 100)

    // sample numbers
    numbers := []int{0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9}

    // run goroutine
    go func() {
        for num := range numbers {
            input <- num
        }
        // close channel once all numbers are sent to channel
        close(input)
    }()

    return input
}

// returns a channel which returns square of numbers
func getSquareChan(input <-chan int) <-chan int {
    // make return channel
    output := make(chan int, 100)

    // run goroutine
    go func() {
        // push squares until input channel closes
        for num := range input {
            output <- num * num
        }

        // close output channel once for loop finishesh
        close(output)
    }()

    return output
}

// returns a merged channel of `outputsChan` channels
// this produce fan-in channel
// this is veriadic function
func merge(outputsChan ...<-chan int) <-chan int {
    // create a WaitGroup
    var wg sync.WaitGroup
    
    // make return channel
    merged := make(chan int, 100)
    
    // increase counter to number of channels `len(outputsChan)`
    // as we will spawn number of goroutines equal to number of channels received to merge
    wg.Add(len(outputsChan))
    
    // function that accept a channel (which sends square numbers)
    // to push numbers to merged channel
    output := func(sc <-chan int) {
        // run until channel (square numbers sender) closes
        for sqr := range sc {
            merged <- sqr
        }
        // once channel (square numbers sender) closes,
        // call `Done` on `WaitGroup` to decrement counter
        wg.Done()
    }
    
    // run above `output` function as groutines, `n` number of times
    // where n is equal to number of channels received as argument the function
    // here we are using `for range` loop on `outputsChan` hence no need to manually tell `n`
    for _, optChan := range outputsChan {
        go output(optChan)
    }
    
    // run goroutine to close merged channel once done
    go func() {
        // wait until WaitGroup finishesh
        wg.Wait()
        close(merged)
    }()

    return merged
}

func main() {
    // step 1: get input numbers channel
    // by calling `getInputChan` function, it runs a goroutine which sends number to returned channel
    chanInputNums := getInputChan()
    
    // step 2: `fan-out` square operations to multiple goroutines
    // this can be done by calling `getSquareChan` function multiple times where individual function call returns a channel which sends square of numbers provided by `chanInputNums` channel
    // `getSquareChan` function runs goroutines internally where squaring operation is ran concurrently
    chanOptSqr1 := getSquareChan(chanInputNums)
    chanOptSqr2 := getSquareChan(chanInputNums)
    
    // step 3: fan-in (combine) `chanOptSqr1` and `chanOptSqr2` output to merged channel
    // this is achieved by calling `merge` function which takes multiple channels as arguments
    // and using `WaitGroup` and multiple goroutines to receive square number, we can send square numbers
    // to `merged` channel and close it
    chanMergedSqr := merge(chanOptSqr1, chanOptSqr2)
    
    // step 4: let's sum all the squares from 0 to 9 which should be about `285`
    // this is done by using `for range` loop on `chanMergedSqr`
    sqrSum := 0
    
    // run until `chanMergedSqr` or merged channel closes
    // that happens in `merge` function when all goroutines pushing to merged channel finishes
    // check line no. 86 and 87
    for num := range chanMergedSqr {
        sqrSum += num
    }
    
    // step 5: print sum when above `for loop` is done executing which is after `chanMergedSqr` channel closes
    fmt.Println("Sum of squares between 0-9 is", sqrSum)
}

完

参考

• 本文翻译了Anatomy of Channels in Go - Concurrency in Go