Go语言并发如何使用才更加高效
很多刚开始使用 Go 语言开发的人都很喜欢使用并发特性，而没有考虑并发是否真正能解决他们的问题。了解goroutine的生命期时再创建goroutine在 Go 语言中，开发者习惯将并发内容与 goroutine 一一对应地创建 goroutine。开发者很少会考虑 goroutine 在什么时候能退出和控制 goroutine 生命期，这就会造成 goroutine 失控的情况。下面来看一段代码。
失控的 goroutine：
1package main
2
3import (
4 "fmt"
5 "runtime"
6)
7
8// 一段耗时的计算函数
9func consumer(ch chan int) {
10
11 // 无限获取数据的循环
12 for {
13
14 // 从通道获取数据
15 data := <-ch
16
17 // 打印数据
18 fmt.Println(data)
19 }
20
21}
22
23func main() {
24
25 // 创建一个传递数据用的通道
26 ch := make(chan int)
27
28 for {
29
30 // 空变量, 什么也不做
31 var dummy string
32
33 // 获取输入, 模拟进程持续运行
34 fmt.Scan(&dummy)
35
36 // 启动并发执行consumer()函数
37 go consumer(ch)
38
39 // 输出现在的goroutine数量
40 fmt.Println("goroutines:", runtime.NumGoroutine())
41 }
42
43}代码说明如下：
- 第 9 行，consumer() 函数模拟平时业务中放到 goroutine 中执行的耗时操作。该函数从其他 goroutine 中获取和接收数据或者指令，处理后返回结果。
- 第 12 行，需要通过无限循环不停地获取数据。
- 第 15 行，每次从通道中获取数据。
- 第 18 行，模拟处理完数据后的返回数据。
- 第 26 行，创建一个整型通道。
- 第 34 行，使用 fmt.Scan() 函数接收数据时，需要提供变量地址。如果输入匹配的变量类型，将会成功赋值给变量。
- 第 37 行，启动并发执行 consumer() 函数，并传入 ch 通道。
- 第 40 行，每启动一个 goroutine，使用 runtime.NumGoroutine 检查进程创建的 goroutine 数量总数。
运行程序，每输入一个字符串+回车，将会创建一个 goroutine，结果如下：
1a
2goroutines: 2
3b
4goroutines: 3
5c
6goroutines: 4注意，结果中 a、b、c 为通过键盘输入的字符，其他为打印字符。 这个程序实际在模拟一个进程根据需要创建 goroutine 的情况。运行后，问题已经被暴露出来：随着输入的字符串越来越多，goroutine 将会无限制地被创建，但并不会结束。这种情况如果发生在生产环境中，将会造成内存大量分配，最终使进程崩溃。现实的情况也许比这段代码更加隐蔽：也许你设置了一个退出的条件，但是条件永远不会被满足或者触发。 为了避免这种情况，在这个例子中，需要为 consumer() 函数添加合理的退出条件，修改代码后如下：
1package main
2
3import (
4 "fmt"
5 "runtime"
6)
7
8// 一段耗时的计算函数
9func consumer(ch chan int) {
10
11 // 无限获取数据的循环
12 for {
13
14 // 从通道获取数据
15 data := <-ch
16
17 if data == 0 {
18 break
19 }
20
21 // 打印数据
22 fmt.Println(data)
23 }
24
25 fmt.Println("goroutine exit")
26}
27
28func main() {
29
30 // 传递数据用的通道
31 ch := make(chan int)
32
33 for {
34
35 // 空变量, 什么也不做
36 var dummy string
37
38 // 获取输入, 模拟进程持续运行
39 fmt.Scan(&dummy)
40
41 if dummy == "quit" {
42
43 for i := 0; i < runtime.NumGoroutine()-1; i++ {
44 ch <- 0
45 }
46
47 continue
48 }
49
50 // 启动并发执行consumer()函数
51 go consumer(ch)
52
53 // 输出现在的goroutine数量
54 fmt.Println("goroutines:", runtime.NumGoroutine())
55 }
56}代码中加粗部分是新添加的代码，具体说明如下：
- 第 17 行，为无限循环设置退出条件，这里设置 0 为退出。
- 第 41 行，当命令行输入 quit 时，进入退出处理的流程。
- 第 43 行，runtime.NumGoroutine 返回一个进程的所有 goroutine 数，main() 的 goroutine 也被算在里面。因此需要扣除 main() 的 goroutine 数。剩下的 goroutine 为实际创建的 goroutine 数，对这些 goroutine 进行遍历。
- 第 44 行，并发开启的 goroutine 都在竞争获取通道中的数据，因此只要知道有多少个 goroutine 需要退出，就给通道里发多少个 0。
修改程序并运行，结果如下：
1a
2goroutines: 2
3b
4goroutines: 3
5quit
6goroutine exit
7goroutine exit
8c
9goroutines: 2避免在不必要的地方使用通道通道（channel）和 map、切片一样，也是由 Go 源码编写而成。为了保证两个 goroutine 并发访问的安全性，通道也需要做一些锁操作，因此通道其实并不比锁高效。 下面的例子展示套接字的接收和并发管理。对于 TCP 来说，一般是接收过程创建 goroutine 并发处理。当套接字结束时，就要正常退出这些 goroutine。
下面是对各个部分的详细分析。 1) 套接字接收部分套接字在连接后，就需要不停地接收数据，代码如下：
1// 套接字接收过程
2func socketRecv(conn net.Conn, exitChan chan string) {
3
4// 创建一个接收的缓冲
5 buff := make([]byte, 1024)
6
7 // 不停地接收数据
8 for {
9
10 // 从套接字中读取数据
11 _, err := conn.Read(buff)
12
13 // 需要结束接收, 退出循环
14 if err != nil {
15 break
16 }
17
18 }
19
20 // 函数已经结束, 发送通知
21 exitChan <- "recv exit"
22}代码说明如下：
- 第 2 行传入的 net.Conn 是套接字的接口，exitChan 为退出发送同步通道。
- 第 5 行为套接字的接收数据创建一个缓冲。
- 第 8 行构建一个接收的循环，不停地接收数据。
- 第 11 行，从套接字中取出数据。这个例子中，不关注具体接收到的数据，只是关注错误，这里将接收到的字节数做匿名处理。
- 第 14 行，当套接字调用了 Close 方法时，会触发错误，这时需要结束接收循环。
- 第 21 行，结束函数时，与函数绑定的 goroutine 会同时结束，此时需要通知 main() 的 goroutine。
2) 连接、关闭、同步 goroutine 主流程部分下面代码中尝试使用套接字的 TCP 协议连接一个网址，连接上后，进行数据接收，等待一段时间后主动关闭套接字，等待套接字所在的 goroutine 自然结束，代码如下：
1func main() {
2
3 // 连接一个地址
4 conn, err := net.Dial("tcp", "www.163.com:80")
5
6 // 发生错误时打印错误退出
7 if err != nil {
8 fmt.Println(err)
9 return
10 }
11
12 // 创建退出通道
13 exit := make(chan string)
14
15 // 并发执行套接字接收
16 go socketRecv(conn, exit)
17
18 // 在接收时, 等待1秒
19 time.Sleep(time.Second)
20
21 // 主动关闭套接字
22 conn.Close()
23
24 // 等待goroutine退出完毕
25 fmt.Println(<-exit)
26}代码说明如下：
- 第 4 行，使用 net.Dial 发起 TCP 协议的连接，调用函数就会发送阻塞直到连接超时或者连接完成。
- 第 7 行，如果连接发生错误，将会打印错误并退出。
- 第 13 行，创建一个通道用于退出信号同步，这个通道会在接收用的 goroutine 中使用。
- 第 16 行，并发执行接收函数，传入套接字和用于退出通知的通道。
- 第 19 行，接收需要一个过程，使用 time.Sleep() 等待一段时间。
- 第 22 行，主动关闭套接字，此时会触发套接字接收错误。
- 第 25 行，从 exit 通道接收退出数据，也就是等待接收 goroutine 结束。
在这个例子中，goroutine 退出使用通道来通知，这种做法可以解决问题，但是实际上通道中的数据并没有完全使用。3) 优化：使用等待组替代通道简化同步通道的内部实现代码在 Go 语言开发包的 src/runtime/chan.go 中，经过分析后大概了解到通道也是用常见的互斥量等进行同步。因此通道虽然是一个语言级特性，但也不是被神化的特性，通道的运行和使用都要比传统互斥量、等待组（sync.WaitGroup）有一定的消耗。 所以在这个例子中，更建议使用等待组来实现同步，调整后的代码如下：
1package main
2
3import (
4 "fmt"
5 "net"
6 "sync"
7 "time"
8)
9
10// 套接字接收过程
11func socketRecv(conn net.Conn, wg *sync.WaitGroup) {
12
13 // 创建一个接收的缓冲
14 buff := make([]byte, 1024)
15
16 // 不停地接收数据
17 for {
18
19 // 从套接字中读取数据
20 _, err := conn.Read(buff)
21
22 // 需要结束接收, 退出循环
23 if err != nil {
24 break
25 }
26
27 }
28
29 // 函数已经结束, 发送通知
30 wg.Done()
31}
32
33func main() {
34
35 // 连接一个地址
36 conn, err := net.Dial("tcp", "www.163.com:80")
37
38 // 发生错误时打印错误退出
39 if err != nil {
40 fmt.Println(err)
41 return
42 }
43
44 // 退出通道
45 var wg sync.WaitGroup
46
47 // 添加一个任务
48 wg.Add(1)
49
50 // 并发执行接收套接字
51 go socketRecv(conn, &wg)
52
53 // 在接收时, 等待1秒
54 time.Sleep(time.Second)
55
56 // 主动关闭套接字
57 conn.Close()
58
59 // 等待goroutine退出完毕
60 wg.Wait()
61 fmt.Println("recv done")
62}调整后的代码说明如下：
- 第 45 行，声明退出同步用的等待组。
- 第 48 行，为等待组的计数器加 1，表示需要完成一个任务。
- 第 51 行，将等待组的指针传入接收函数。
- 第 60 行，等待等待组的完成，完成后打印提示。
- 第 30 行，接收完成后，使用 wg.Done() 方法将等待组计数器减一。
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