go-goroutine 和 channel
goroutine 和 channel
goroutine-看一个需求
需求：要求统计 1-9000000000 的数字中，哪些是素数？
分析思路：
1) 传统的方法，就是使用一个循环，循环的判断各个数是不是素数。[很慢]
2) 使用并发或者并行的方式，将统计素数的任务分配给多个 goroutine 去完成，这时就会使用到goroutine.【速度提高 4 倍】
goroutine-基本介绍
进程和线程介绍
程序、进程和线程的关系
并发和并行
并发和并行
1) 多线程程序在单核上运行，就是并发
2) 多线程程序在多核上运行，就是并行
Go 协程和 Go 主线程
Go 主线程(有程序员直接称为线程/也可以理解成进程): 一个 Go 线程上，可以起多个协程，你可以这样理解，协程是轻量级的线程[编译器做优化]。
Go 协程的特点
1) 有独立的栈空间
2) 共享程序堆空间
3) 调度由用户控制
4) 协程是轻量级的线程
goroutine-快速入门
案例说明
请编写一个程序，完成如下功能:
1) 在主线程(可以理解成进程)中，开启一个 goroutine, 该协程每隔 1 秒输出 "hello,world"
2) 在主线程中也每隔一秒输出"hello,golang", 输出 10 次后，退出程序
3) 要求主线程和 goroutine 同时执行.
package main
import (
"fmt"
"strconv"
"time"
)
// 在主线程(可以理解成进程)中，开启一个goroutine, 该协程每隔1秒输出 "hello,world"
// 在主线程中也每隔一秒输出"hello,golang", 输出10次后，退出程序
// 要求主线程和goroutine同时执行
//编写一个函数，每隔1秒输出 "hello,world"
func test() {
for i := 1; i <= 10; i++ {
fmt.Println("tesst () hello,world " + strconv.Itoa(i))
time.Sleep(time.Second)
}
}
func main() {
go test() // 开启了一个协程
for i := 1; i <= 10; i++ {
fmt.Println(" main() hello,golang" + strconv.Itoa(i))
time.Sleep(time.Second)
}
}快速入门小结
1) 主线程是一个物理线程，直接作用在 cpu 上的。是重量级的，非常耗费 cpu 资源。
2) 协程从主线程开启的，是轻量级的线程，是逻辑态。对资源消耗相对小。
3) Golang 的协程机制是重要的特点，可以轻松的 开启上万个协程。其它编程语言的并发机制是一般基于线程的，开启过多的线程，资源耗费大，这里就突显 Golang 在并发上的优势了
goroutine 的调度模型
MPG 模式基本介绍
解释一下MPG含义：
M（Machine）：操作系统的主线程
P（Processor）：协程执行需要的资源（上下文context），可以看作一个局部的调度器，使go代码在一个线程上跑，他是实现从N：1到N：M映射的关键
G（Gorountine）：协程，有自己的栈。包含指令指针（instruction pointer）和其它信息（正在等待的channel等等），用于调度。一个P下面可以有多个G
MPG 模式运行的状态一
P的数量可以通过GOMAXPROCS()来设置，他其实代表了真正的并发度，即有多少个goroutine可以同时运行。P同时也维护着G（协程）的队列（称之为runqueue进程队列）。Go代码中的M每有一个语句被执行，P就在末尾加入一个G（从runqueue队列中取出来的），在下一个调度点（P），就从runqueue队列中取出G。
P可以在OS线程（主线程，或者是M）被阻塞时，转到另一个OS线程（M）！Go中的调度器保证有足够的线程来运行所有的P。当启用一个M0中的G0被sysCall（系统调用）的时候，M0下面的P转给另一个线程M1（可以是创建的，也可以是原本就存在的）。M1接受了P（包括P所带的runqueue的队列里面所有状态的G，但不包括已经被syscall的G0），继续运行。而M0会等待执行syscall的G0的返回值。当G0的syscall结束后，他的主线程M0会尝试取得一个P来运行G0，一般情况下，他会从其他的M里面偷一个P过来，如果没有偷到的话就会把G0放到一个Global runqueue（全局进程队列）中，然后把自己（M0）放进线程池或者转为休眠状态。
设置 Golang 运行的 cpu 数
介绍：为了充分了利用多 cpu 的优势，在 Golang 程序中，设置运行的 cpu 数目
package main
import (
"runtime"
"fmt"
)
func main() {
cpuNum := runtime.NumCPU()
fmt.Println("cpuNum=", cpuNum)
//可以自己设置使用多个cpu
runtime.GOMAXPROCS(cpuNum - 1)
fmt.Println("ok")
}
channel(管道)-看个需求
需求：现在要计算 1-200 的各个数的阶乘，并且把各个数的阶乘放入到 map 中。最后显示出来。
要求使用 goroutine 完成
分析思路：
1) 使用 goroutine 来完成，效率高，但是会出现并发/并行安全问题.
2) 这里就提出了不同 goroutine 如何通信的问题
代码实现
1) 使用 goroutine 来完成(看看使用 gorotine 并发完成会出现什么问题? 然后去解决)
2) 在运行某个程序时，如何知道是否存在资源竞争问题。 方法很简单，在编译该程序时，增加一个参数 -race 即可
不同 goroutine 之间如何通讯
1) 全局变量的互斥锁
2) 使用管道 channel 来解决
使用全局变量加锁同步改进程序
因为没有对全局变量 m 加锁，因此会出现资源争夺问题，代码会出现错误，提示 concurrent map
writes
解决方案：加入互斥锁
我们的数的阶乘很大，结果会越界,可以将求阶乘改成 sum += uint64(i)
package main
import (
"fmt"
_ "time"
"sync"
)
// 需求：现在要计算 1-200 的各个数的阶乘，并且把各个数的阶乘放入到map中。
// 最后显示出来。要求使用goroutine完成
// 思路
// 1. 编写一个函数，来计算各个数的阶乘，并放入到 map中.
// 2. 我们启动的协程多个，统计的将结果放入到 map中
// 3. map 应该做出一个全局的.
var (
myMap = make(map[int]int, 10)
//声明一个全局的互斥锁
//lock 是一个全局的互斥锁，
//sync 是包: synchornized 同步
//Mutex : 是互斥
lock sync.Mutex
)
// test 函数就是计算 n!, 让将这个结果放入到 myMap
func test(n int) {
res := 1
for i := 1; i <= n; i++ {
res *= i
}
//这里我们将 res 放入到myMap
//加锁
lock.Lock()
myMap[n] = res //concurrent map writes?
//解锁
lock.Unlock()
}
func main() {
// 我们这里开启多个协程完成这个任务[200个]
for i := 1; i <= 20; i++ {
go test(i)
}
//休眠10秒钟【第二个问题 】
//time.Sleep(time.Second * 5)
//这里我们输出结果,变量这个结果
lock.Lock()
for i, v := range myMap {
fmt.Printf("map[%d]=%d\n", i, v)
}
lock.Unlock()
}为什么需要 channel
1) 前面使用全局变量加锁同步来解决 goroutine 的通讯，但不完美
2) 主线程在等待所有 goroutine 全部完成的时间很难确定，我们这里设置 10 秒，仅仅是估算。
3) 如果主线程休眠时间长了，会加长等待时间，如果等待时间短了，可能还有 goroutine 处于工作
状态，这时也会随主线程的退出而销毁
4) 通过全局变量加锁同步来实现通讯，也并不利用多个协程对全局变量的读写操作。
5) 上面种种分析都在呼唤一个新的通讯机制-channel
channel 的基本介绍
1) channle 本质就是一个数据结构-队列
2) 数据是先进先出【FIFO : first in first out】
3) 线程安全，多 goroutine 访问时，不需要加锁，就是说 channel 本身就是线程安全的
4) channel 有类型的，一个 string 的 channel 只能存放 string 类型数据。
定义/声明 channel
var 变量名 chan 数据类型
举例：
var intChan chan int (intChan 用于存放 int 数据)
var mapChan chan map[int]string (mapChan 用于存放 map[int]string 类型)
var perChan chan Person
var perChan2 chan *Person
...说明
channel 是引用类型
channel 必须初始化才能写入数据, 即 make 后才能使用
管道是有类型的，intChan 只能写入 整数 int
package main
import (
"fmt"
)
func main() {
//演示一下管道的使用
//1. 创建一个可以存放3个int类型的管道
var intChan chan int
intChan = make(chan int, 3)
//2. 看看intChan是什么
fmt.Printf("intChan 的值=%v intChan本身的地址=%p\n", intChan, &intChan)
//3. 向管道写入数据
intChan<- 10
num := 211
intChan<- num
intChan<- 50
// //如果从channel取出数据后，可以继续放入
<-intChan
intChan<- 98//注意点, 当我们给管写入数据时，不能超过其容量
//4. 看看管道的长度和cap(容量)
fmt.Printf("channel len= %v cap=%v \n", len(intChan), cap(intChan)) // 3, 3
//5. 从管道中读取数据
var num2 int
num2 = <-intChan
fmt.Println("num2=", num2)
fmt.Printf("channel len= %v cap=%v \n", len(intChan), cap(intChan)) // 2, 3
//6. 在没有使用协程的情况下，如果我们的管道数据已经全部取出，再取就会报告 deadlock
num3 := <-intChan
num4 := <-intChan
//num5 := <-intChan
fmt.Println("num3=", num3, "num4=", num4/*, "num5=", num5*/)
}管道的初始化，写入数据到管道，从管道读取数据及基本的注意事项
channel 使用的注意事项
1) channel 中只能存放指定的数据类型
2) channle 的数据放满后，就不能再放入了
3) 如果从 channel 取出数据后，可以继续放入
4) 在没有使用协程的情况下，如果 channel 数据取完了，再取，就会报 dead lock
读写 channel 案例演示
package main
import (
"fmt"
)
type Cat struct {
Name string
Age int
}
func main() {
//定义一个存放任意数据类型的管道 3个数据
//var allChan chan interface{}
allChan := make(chan interface{}, 3)
allChan<- 10
allChan<- "tom jack"
cat := Cat{"小花猫", 4}
allChan<- cat
//我们希望获得到管道中的第三个元素，则先将前2个推出
<-allChan
<-allChan
newCat := <-allChan //从管道中取出的Cat是什么?
fmt.Printf("newCat=%T , newCat=%v\n", newCat, newCat)
//下面的写法是错误的!编译不通过
//fmt.Printf("newCat.Name=%v", newCat.Name)
//使用类型断言
a := newCat.(Cat)
fmt.Printf("newCat.Name=%v", a.Name)
}channel 的遍历和关闭
channel 的关闭
使用内置函数 close 可以关闭 channel, 当 channel 关闭后，就不能再向 channel 写数据了，但是仍然可以从该 channel 读取数据
channel 的遍历
channel 支持 for--range 的方式进行遍历，请注意两个细节
1) 在遍历时，如果 channel 没有关闭，则回出现 deadlock 的错误
2) 在遍历时，如果 channel 已经关闭，则会正常遍历数据，遍历完后，就会退出遍历。
channel 遍历和关闭的案例演示
package main
import (
"fmt"
)
func main() {
intChan := make(chan int, 3)
intChan<- 100
intChan<- 200
close(intChan) // close
//这是不能够再写入数到channel
//intChan<- 300
fmt.Println("okook~")
//当管道关闭后，读取数据是可以的
n1 := <-intChan
fmt.Println("n1=", n1)
//遍历管道
intChan2 := make(chan int, 100)
for i := 0; i < 100; i++ {
intChan2<- i * 2 //放入100个数据到管道
}
//遍历管道不能使用普通的 for 循环
// for i := 0; i < len(intChan2); i++ {
// }
//在遍历时，如果channel没有关闭，则会出现deadlock的错误
//在遍历时，如果channel已经关闭，则会正常遍历数据，遍历完后，就会退出遍历
close(intChan2)
for v := range intChan2 {
fmt.Println("v=", v)
}
}应用示例--channel与goroutine
package main
import (
"fmt"
"time"
)
//write Data
func writeData(intChan chan int) {
for i := 1; i <= 50; i++ {
//放入数据
intChan<- i //
fmt.Println("writeData ", i)
//time.Sleep(time.Second)
}
close(intChan) //关闭
}
//read data
func readData(intChan chan int, exitChan chan bool) {
for {
v, ok := <-intChan
if !ok {
break
}
time.Sleep(time.Second)
fmt.Printf("readData 读到数据=%v\n", v)
}
//readData 读取完数据后，即任务完成
exitChan<- true
close(exitChan)
}
func main() {
//创建两个管道
intChan := make(chan int, 10)
exitChan := make(chan bool, 1)
go writeData(intChan)
go readData(intChan, exitChan)
time.Sleep(time.Second * 10)
for {
_, ok := <-exitChan
if !ok {
break
}
}
}应用实例 2-阻塞
若上面的代码，注释掉go readData(intChan, exitChan)，会怎样，因为管道有长度，所以当编译器发现一个管道只有写而没有读，改管道会阻塞（读与写的频率不一致没关系）！
应用实例 3
需求：
要求统计 1-200000 的数字中，哪些是素数？这个问题在本章开篇就提出了，现在我们有 goroutine和 channel 的知识后，就可以完成了 [测试数据: 80000]
分析思路：
传统的方法，就是使用一个循环，循环的判断各个数是不是素数【ok】。
使用并发/并行的方式，将统计素数的任务分配给多个(4 个)goroutine 去完成，完成任务时间短。
传统方法，一个协程
package main
import (
"time"
"fmt"
)
func main() {
start := time.Now().Unix()
for num := 1; num <= 80000; num++ {
flag := true //假设是素数
//判断num是不是素数
for i := 2; i < num; i++ {
if num % i == 0 {//说明该num不是素数
flag = false
break
}
}
if flag {
//将这个数就放入到primeChan
//primeChan<- num
}
}
end := time.Now().Unix()
fmt.Println("普通的方法耗时=", end - start)
}开了四个协程
package main
import (
"fmt"
"time"
)
//向 intChan放入 1-8000个数
func putNum(intChan chan int) {
for i := 1; i <= 80000; i++ {
intChan<- i
}
//关闭intChan
close(intChan)
}
// 从 intChan取出数据，并判断是否为素数,如果是，就
// //放入到primeChan
func primeNum(intChan chan int, primeChan chan int, exitChan chan bool) {
//使用for 循环
// var num int
var flag bool //
for {
//time.Sleep(time.Millisecond * 10)
num, ok := <-intChan //intChan 取不到..
if !ok {
break
}
flag = true //假设是素数
//判断num是不是素数
for i := 2; i < num; i++ {
if num % i == 0 {//说明该num不是素数
flag = false
break
}
}
if flag {
//将这个数就放入到primeChan
primeChan<- num
}
}
fmt.Println("有一个primeNum 协程因为取不到数据，退出")
//这里我们还不能关闭 primeChan
//向 exitChan 写入true
exitChan<- true
}
func main() {
intChan := make(chan int , 1000)
primeChan := make(chan int, 20000)//放入结果
//标识退出的管道
exitChan := make(chan bool, 8) // 4个
start := time.Now().Unix()
//开启一个协程，向 intChan放入 1-8000个数
go putNum(intChan)
//开启4个协程，从 intChan取出数据，并判断是否为素数,如果是，就
//放入到primeChan
for i := 0; i < 8; i++ {
go primeNum(intChan, primeChan, exitChan)
}
//这里我们主线程，进行处理
//直接
go func(){
for i := 0; i < 8; i++ {
<-exitChan
}
end := time.Now().Unix()
fmt.Println("使用协程耗时=", end - start)
//当我们从exitChan 取出了4个结果，就可以放心的关闭 prprimeChan
close(primeChan)
}()
//遍历我们的 primeChan ,把结果取出
for {
_, ok := <-primeChan
if !ok{
break
}
//将结果输出
//fmt.Printf("素数=%d\n", res)
}
fmt.Println("main线程退出")
}结论：使用 go 协程后，执行的速度，理论上比普通方法提高至少 4 倍(我这是两倍)
channel 使用细节和注意事项
1) channel 可以声明为只读，或者只写性质 【案例演示】
package main
import (
"fmt"
)
func main() {
//管道可以声明为只读或者只写
//1. 在默认情况下下，管道是双向
//var chan1 chan int //可读可写
//2 声明为只写
var chan2 chan<- int
chan2 = make(chan int, 3)
chan2<- 20
//num := <-chan2 //error
fmt.Println("chan2=", chan2)
//3. 声明为只读
var chan3 <-chan int
num2 := <-chan3
//chan3<- 30 //err
fmt.Println("num2", num2)
}3) 使用 select 可以解决从管道取数据的阻塞问题
package main
import (
"fmt"
"time"
)
func main() {
//使用select可以解决从管道取数据的阻塞问题
//1.定义一个管道 10个数据int
intChan := make(chan int, 10)
for i := 0; i < 10; i++ {
intChan<- i
}
//2.定义一个管道 5个数据string
stringChan := make(chan string, 5)
for i := 0; i < 5; i++ {
stringChan <- "hello" + fmt.Sprintf("%d", i)
}
//传统的方法在遍历管道时，如果不关闭会阻塞而导致 deadlock
//问题，在实际开发中，可能我们不好确定什么关闭该管道.
//可以使用select 方式可以解决
//label:
for {
select {
//注意: 这里，如果intChan一直没有关闭，不会一直阻塞而deadlock
//，会自动到下一个case匹配
case v := <-intChan :
fmt.Printf("从intChan读取的数据%d\n", v)
time.Sleep(time.Second)
case v := <-stringChan :
fmt.Printf("从stringChan读取的数据%s\n", v)
time.Sleep(time.Second)
default :
fmt.Printf("都取不到了，不玩了, 程序员可以加入逻辑\n")
time.Sleep(time.Second)
return
//break label
}
}
}4) goroutine 中使用 recover，解决协程中出现 panic，导致程序崩溃问题
如果我们开了一个协程，但这个协程出现panic，就会导致整个程序崩溃，这时我们可以在goroutine中使用recover来捕获panic，这样及时协程发生问题，主线程依然不受影响
package main
import (
"fmt"
"time"
)
//函数
func sayHello() {
for i := 0; i < 10; i++ {
time.Sleep(time.Second)
fmt.Println("hello,world")
}
}
//函数
func test() {
//这里我们可以使用defer + recover
defer func() {
//捕获test抛出的panic
if err := recover(); err != nil {
fmt.Println("test() 发生错误", err)
}
}()
//定义了一个map
var myMap map[int]string
myMap[0] = "golang" //error
}
func main() {
go sayHello()
go test()
for i := 0; i < 10; i++ {
fmt.Println("main() ok=", i)
time.Sleep(time.Second)
}
}
