当前简讯:单线程是go语言的特性吗

时间:2023-01-06 11:18:13       来源:PHP中文网

本教程操作环境:windows7系统、GO 1.18版本、Dell G3电脑。


(相关资料图)

单线程不是go语言的特性,go语言是多线程的。单线程的话还好意思号称多核时代为高并发而生的语言?

Golang 的线程模型是 M P G 模型,整体上 Go 程与内核线程是多对多对应的,因此首先来讲就一定是多线程的。其中 M 与内核线程是1比1对应,然后多个 G 与多个 M 对应,P 指的是上下文资源,不多说。M 的数量(或者说内核线程)什么时候增加呢?就是在当前的 M 数量无法调度得动当前所有 G 的时候就起新的 M 来处理。

Go 并发(多线程)

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。

goroutine

goroutine是Go并行设计的核心。goroutine说到底其实就是线程,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。

goroutine是通过Go的runtime管理的一个线程管理器。goroutine通过go关键字实现了,其实就是一个普通的函数。

go hello(a, b, c)
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通过关键字go就启动了一个goroutine。我们来看一个例子

package mainimport (    "fmt"    "runtime")func say(s string) {    for i := 0; i < 5; i++ {        runtime.Gosched()        fmt.Println(s)    }}func main() {    go say("world") //开一个新的Goroutines执行    say("hello") //当前Goroutines执行}// 以上程序执行后将输出:// hello// world// hello// world// hello// world// hello// world// hello
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我们可以看到go关键字很方便的就实现了并发编程。 上面的多个goroutine运行在同一个进程里面,共享内存数据,不过设计上我们要遵循:不要通过共享来通信,而要通过通信来共享。

channels

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。那么goroutine之间如何进行数据的通信呢,Go提供了一个很好的通信机制channel。channel可以与Unix shell 中的双向管道做类比:可以通过它发送或者接收值。这些值只能是特定的类型:channel类型。定义一个channel时,也需要定义发送到channel的值的类型。注意,必须使用make 创建channel:

ci := make(chan int)cs := make(chan string)cf := make(chan interface{})
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channel通过操作符<-来接收和发送数据

ch <- v    // 发送v到channel ch.v := <-ch  // 从ch中接收数据,并赋值给v
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我们把这些应用到我们的例子中来:

package mainimport "fmt"func sum(a []int, c chan int) {    total := 0    for _, v := range a {        total += v    }    c <- total  // send total to c}func main() {    a := []int{7, 2, 8, -9, 4, 0}    c := make(chan int)    go sum(a[:len(a)/2], c)    go sum(a[len(a)/2:], c)    x, y := <-c, <-c  // receive from c    fmt.Println(x, y, x + y)}
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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Goroutines同步变的更加的简单,而不需要显式的lock。所谓阻塞,也就是如果读取(value := <-ch)它将会被阻塞,直到有数据接收。其次,任何发送(ch<-5)将会被阻塞,直到数据被读出。无缓冲channel是在多个goroutine之间同步很棒的工具。

Buffered Channels

上面我们介绍了默认的非缓存类型的channel,不过Go也允许指定channel的缓冲大小,很简单,就是channel可以存储多少元素。ch:= make(chan bool, 4),创建了可以存储4个元素的bool 型channel。在这个channel 中,前4个元素可以无阻塞的写入。当写入第5个元素时,代码将会阻塞,直到其他goroutine从channel 中读取一些元素,腾出空间。

ch := make(chan type, value)value == 0 ! 无缓冲(阻塞)value > 0 ! 缓冲(非阻塞,直到value 个元素)
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我们看一下下面这个例子,你可以在自己本机测试一下,修改相应的value值

package mainimport "fmt"func main() {    c := make(chan int, 2)//修改2为1就报错,修改2为3可以正常运行    c <- 1    c <- 2    fmt.Println(<-c)    fmt.Println(<-c)}    //修改为1报如下的错误:    //fatal error: all goroutines are asleep - deadlock!
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Range和Close

上面这个例子中,我们需要读取两次c,这样不是很方便,Go考虑到了这一点,所以也可以通过range,像操作slice或者map一样操作缓存类型的channel,请看下面的例子

package mainimport (    "fmt")func fibonacci(n int, c chan int) {    x, y := 1, 1    for i := 0; i < n; i++ {        c <- x        x, y = y, x + y    }    close(c)}func main() {    c := make(chan int, 10)    go fibonacci(cap(c), c)    for i := range c {        fmt.Println(i)    }}
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for i := range c能够不断的读取channel里面的数据,直到该channel被显式的关闭。上面代码我们看到可以显式的关闭channel,生产者通过内置函数close关闭channel。关闭channel之后就无法再发送任何数据了,在消费方可以通过语法v, ok := <-ch测试channel是否被关闭。如果ok返回false,那么说明channel已经没有任何数据并且已经被关闭。

Select

我们上面介绍的都是只有一个channel的情况,那么如果存在多个channel的时候,我们该如何操作呢,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默认是阻塞的,只有当监听的channel中有发送或接收可以进行时才会运行,当多个channel都准备好的时候,select是随机的选择一个执行的。

package mainimport "fmt"func fibonacci(c, quit chan int) {    x, y := 1, 1    for {        select {        case c <- x:            x, y = y, x + y        case <-quit:            fmt.Println("quit")            return        }    }}func main() {    c := make(chan int)    quit := make(chan int)    go func() {        for i := 0; i < 10; i++ {            fmt.Println(<-c)        }        quit <- 0    }()    fibonacci(c, quit)}
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select里面还有default语法,select其实就是类似switch的功能,default就是当监听的channel都没有准备好的时候,默认执行的(select不再阻塞等待channel)。

select {case i := <-c:    // use idefault:    // 当c阻塞的时候执行这里}
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超时

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:

func main() {    c := make(chan int)    o := make(chan bool)    go func() {        for {            select {                case v := <- c:                    println(v)                case <- time.After(5 * time.Second):                    println("timeout")                    o <- true                    break            }        }    }()    <- o}
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runtime goroutine

runtime包中有几个处理goroutine的函数:

Goexit

退出当前执行的goroutine,但是defer函数还会继续调用

Gosched

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。

NumCPU

返回 CPU 核数量

NumGoroutine

返回正在执行和排队的任务总数

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。

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