进阶-2

Select

1. select 可见监听 Channel 上的数据流动；
2. select 结构与 switch 的结构类似，但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！

   select {
       case <-ch1:
           //ch1 成功读到数据，则执行该case
       case ch2 <- 1:
           //成功向 ch2 中写入数据，则执行该case
       default:
           //默认执行项
   }
   

   1. 在一个select语句中，Go会按顺序从头至尾评估每一个发送和接收的语句；
   2. 如果其中的任意一条语句可以继续执行，即没有被阻塞，那么就从这些语句中任意选择一条来使用；
   3. 如果没有一条语句可以执行，即所有的通道都被阻塞，那么有两种可能：
      1. 如果提供了 default 语句，那么就会执行，同时程序的执行会从select语句后的语句中恢复；
      2. 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。
   4. 一旦每次轮询都进入了 default 语句，CPU就会进入 忙轮询 状态，所以通常不会使用 default 语句，而是选择阻塞，出让CPU
3. 基本使用
   1. select语句本身不带循环机制，还是需要借助for
   2. break语句可以跳出select语句，所以不能试图在select语句中使用break跳出for循环；

       func main() {
           ch := make(chan int)   // 存放数据的通道
           quit := make(chan bool)  // 判断是否退出的通道
           go func() {
               for {
                   select {
                       case num := <-ch:  // 监听 ch 通道中的数据流动，有则读取出来，并进入分支
                           fmt.Print(num, " ")
                       case <-quit:  // 监听 quit 通道中的数据流动，有则进入分支
                           runtime.Goexit()  // 终止GO程，还可以使用 return 结束 for循环
                   }
               }
           }()
           x,y := 1,1
           for i:=0; i<20; i++ {  //计算斐波那契数列
               ch <- x  // 向 ch 通道中写数据
               x,y = y, x+y
           }
           quit <- true  // 向 quit 通道中写数据
       }
   

   3. case 语句在判断通道上是否有数据时，不仅仅是在判断，如果有数据，它会直接从通道中取出数据，所以不能在分支内获取数据，否则数据会丢失。

       case <-ch:  // 本地数据被丢弃
           num := <-ch  // 此时获取的是下一次的数据
   

4. 超时机制
   1. 为了避免整个程序进入阻塞情况，可以利用 select 来设置超时；
   2. time.After()设置超时

   go func() {
       for {
           select {
               case num := <-ch:
                   fmt.Print(num)
               case <-time.After(5*time.Second):
                   fmt.Print("timeout")
           }
   }()
   

   1. 如果 ch 通道中有数据，则进入num := <-ch分支，那么time.After()的时间会被重置；
   2. 如果num := <-ch也是阻塞的，那么 select 则会陷入阻塞，循环暂时终止；如果阻塞时间达到定时时间5s，则进入<-time.After(5*time.Second)分支；

       func main() {
           ch := make(chan int)
           quit := make(chan bool)
           go func() {
               for {
                   select {
                       case num := <-ch:
                           fmt.Print(num)
                       case <-time.After(5*time.Second):
                           fmt.Print("timeout")
                           quit <- true  // 超时时间到，向 quit 通道中写入数据，结束程序
                   }
               }
           }()
           //ch <- 89  // 不向 ch 通道中写入数据，模拟超时
           <- quit  // 主Go程从 quit 通道中读取到数据时，主Go程结束，那么子Go程也会随之结束
       }
   

   3. 由此可见，虽然 ch 通道只有读端，没有写端，但select语句并不会让当前Go程发生死锁，如果读端在select语句之外，则会发生死锁。

锁

Go语言把锁集成到了Channel中，Channel具备了锁机制。

死锁

死锁并不是一种锁，而是使用锁导致的一种现象；

1. 单Go程自己死锁：Channel应至少有 2 个以上的Go程中进行通信，否则死锁！

   func main() {
       ch := make(chan int)
       ch <- 89
       num := <-ch
   }
   // 写端阻塞，读端不会执行，造成死锁异常
   

2. Go程间的Channel访问顺序导致死锁

   func main() {
       ch := make(chan int)
       num := <-ch
       go func() {
           ch <- 89
       }
   }
   // 子Go程还没来得及执行，主Go程已经阻塞了，造成死锁异常
   

3. 多Go程，多Channel交叉死锁

   func main() {
       ch1 := make(chan int)
       ch2 := make(chan int)
       go func() {
           for {
               select {
                   case num := <-ch1:  //读取通道 ch1 中的数据，写入通道 ch2
                       ch2 <- num
               }
           }
       }()
       for {
           select {
               case num := <-ch2:
                   ch1 <- num
           }
       }
   }
   

互斥锁

1. 每个资源都对应于一个称为 互斥锁 的标记，这个标记用来保证在任意时刻，只能有一个协程/线程访问该资源；
2. 互斥锁是传统并发编程对共享资源进行访问控制的主要手段，它由标准库 sync 中的 Mutex 结构体类型表示；
3. sync.Mutex 类型只有两个公开的指针方法，Lock(锁定当前资源) 和 Unlock(解锁)
4. 在使用互斥锁时，对资源操作完成后，一定要解锁，否则会出现流程执行异常、死锁等问题，通常在锁定后，立即使用defer语句解锁；

   var mutex sync.Mutex   //创建一把互斥锁
   mutex.Lock()   //上锁
   mutex.Unlock()  //解锁
   

读写锁

1. 互斥锁的本质是，当一个Goroutine访问时，其他Goroutine都不能访问；这样在资源同步、避免竞争的同时，也降低了程序的并发能力，程序由原来的并行执行变成了串行执行；
2. 当对一个不会变化资源只做读操作时，是不存在资源竞争的，多少Goroutine同时读取都没有问题；所以，竞争的问题在于写数据，只有在写与写之间才存在数据同步问题，读与读之间不存在互斥操作的必要；
3. 在读与读之间使用互斥锁显得很浪费资源，这也就衍生出另一种锁：读写锁，一把具有读属性和写属性的锁；
4. 读写锁可以让多个读操作并发，即同时读取，但对于写操作却是完全互斥的，也就是说当一个Goroutine进行写操作时，其他Goroutine既不能读，也不能写；
5. Go中的读写锁由结构体类型sync.RWMutex表示，包含两组方法：
   1. 一组是对写操作的锁定和解锁，简称写锁定和写解锁

       func (*RWMutex)Lock()
       func (*RWMutex)Unlock()
   

   2. 另一组是对读操作的锁定和解锁，简称读锁定和读解锁

       func (*RWMutex)RLock()
       func (*RWMutex)RUnlock()
   

6. Channel本身就已经集成了锁，所以尽量不要把互斥锁、读写锁与Channel混用，否则可能造成隐形死锁！
7. 在多Go程通信时，为了更好地实现数据同步，不会使用Channel，还是会选择使用效率更高的读写锁，这样可以精确控制锁定的范围。

条件变量

1. 在 生产者 -> Channel -> 消费者 模型中，由于Channel自带锁机制，生产者获取到CPU时间轮片时，就会去向Channel中写数据，在这个过程中，Channel会先加锁，然后生产者才能开始写数据，但如果缓冲区中的数据已经满了，本次加锁也就毫无意义，对于消费者来说依然如此，这就是条件变量存在的意义！
2. 原理：

   生产者 -> 判断条件变量 -> 加锁 -> 向缓冲区中写入数据 -> 唤醒阻塞在条件变量上的消费者
   消费者 -> 判断条件变量 -> 加锁 -> 从缓冲区中读取数据 -> 唤醒阻塞在条件变量上的生产者
   

3. 条件变量并不保证同一时刻仅有一个协程/线程访问某个共享资源，而是在共享数据的状态发生变化时，通知阻塞在某个条件上的协程/线程；条件变量不是锁，在并发中不能达到同步的目的，所以经常与锁结合使用！
4. Go标准库中的 sync.Cond 类型表示条件变量；

   type Cond struct {
       noCopy noCopy
       L Locker
       notify notifyList
       checker copyChecker
   }
   

   1. L 表示与条件变量搭配使用的锁；
   2. 对应3个常用方法：Wait、Signal、Broadcast
5. func (c *Cond) Wait()具备三个作用
   1. 让当前Go程阻塞，等待条件变量满足；
   2. 释放已掌握的互斥锁(读写锁)，相当于cond.L.Unlock()，所以调用Wait()的Goroutine一定已经加了锁；
   3. 第1、2两步是一个原子操作，不可再分！当前Go程已经释放了锁，且处于阻塞状态，等待被唤醒；
   4. 当被唤醒时，Wait()函数返回，解除阻塞状态，并重新获取互斥锁(读写锁)，相当于cond.L.Lock()，然后从当前位置继续向下执行。
6. func (c *Cond) Signal()：单发通知，唤醒一个在条件变量上的等待的Goroutine；
7. func (c *Cond) Broadcast()：广播通知，唤醒所有在条件变量上等待的Goroutine。

       //全局条件变量
       var cond sync.Cond
   
       func producer(w chan<- int, idx int) {
           for {
               //上锁
               cond.L.Lock()
               for len(w) == 5 {  // 判断通道是否已经满了，不能用 if
                   cond.Wait()
               }
               num := rand.Intn(800)
               w <- num  //向通道中写入数据
               fmt.Printf("生产者%d 生产 %d\n", idx, num)
               //解锁
               cond.L.Unlock()
               //唤醒消费者
               cond.Signal()
               //睡眠一会，让出时间轮片，给其他Go程执行
               time.Sleep(time.Millisecond*200)
           }
       }
       func consumer(r <-chan int, idx int) {
           for {
               cond.L.Lock()
               for len(r) == 0 {  // 判断通道中是否有元素可以读取，不能用 if
                   cond.Wait()
               }
               num := <-r
               fmt.Printf("消费者%d，消费 %d\n", idx, num)
               cond.L.Unlock()
               cond.Signal()
               time.Sleep(time.Millisecond*200)
           }
       }
   
       func main() {
           ch := make(chan int, 5)
           rand.Seed(time.Now().UnixNano())
           //使用条件变量，并指定所使用的锁
           cond.L = new(sync.Mutex)
           for i := 0; i < 5; i++ {
               go producer(ch, i+1)
           }
           for i := 0; i < 3; i++ {
               go consumer(ch, i+1)
           }
           for {
               ;
           }
       }
   

   1. 声明条件变量：var cond sync.Cond
   2. 为条件变量指定使用的锁：cond.L = new(sync.Mutex)
   3. 上锁：cond.L.Lock()，解锁：cond.L.Unlock()
   4. 在判断是否 cond.Wait() 时，使用 for，而不是 if，因为阻塞的Go程被重新唤醒时，会从被唤醒的代码处继续向下执行，而不会再去判断是否满足条件！for 循环则会在每次Go程被唤醒时，重新去判断是否满足条件，如果不满足跳出条件，则继续阻塞并释放锁。