Go 专栏｜并发编程：goroutine，channel 和 sync
原创Go 专栏｜并发编程：goroutine，channel 和 sync
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优雅的并发编程范式，完善的并发支持，出色的并发性能是 Go 语言区别于其他语言的一大特色。
在当今这个多核时代，并发编程的意义不言而喻。使用 Go 开发并发程序，操作起来非常简单，语言级别提供关键字 go 用于启动协程，并且在同一台机器上可以启动成千上万个协程。
下面就来详细介绍。
goroutine
Go 语言的并发执行体称为 goroutine，使用关键词 go 来启动一个 goroutine。
go 关键词后面必须跟一个函数，可以是有名函数，也可以是无名函数，函数的返回值会被忽略。
go 的执行是非阻塞的。
先来看一个例子：
package main
import (
"fmt"
"time"
)
func main() {
go spinner(100 * time.Millisecond)
const n = 45
fibN := fib(n)
fmt.Printf("\rFibonacci(%d) = %d\n", n, fibN) // Fibonacci(45) = 1134903170
}
func spinner(delay time.Duration) {
for {
for _, r := range `-\|/` {
fmt.Printf("\r%c", r)
time.Sleep(delay)
}
}
}
func fib(x int) int {
if x < 2 {
return x
}
return fib(x-1) + fib(x-2)
}从执行结果来看，成功计算出了斐波那契数列的值，说明程序在 spinner 处并没有阻塞，而且 spinner 函数还一直在屏幕上打印提示字符，说明程序正在执行。
当计算完斐波那契数列的值，main 函数打印结果并退出，spinner 也跟着退出。
再来看一个例子，循环执行 10 次，打印两个数的和：
package main
import "fmt"
func Add(x, y int) {
z := x + y
fmt.Println(z)
}
func main() {
for i := 0; i < 10; i++ {
go Add(i, i)
}
}有问题了，屏幕上什么都没有，为什么呢？
这就要看 Go 程序的执行机制了。当一个程序启动时，只有一个 goroutine 来调用 main 函数，称为主 goroutine。新的 goroutine 通过 go 关键词创建，然后并发执行。当 main 函数返回时，不会等待其他 goroutine 执行完，而是直接暴力结束所有 goroutine。
那有没有办法解决呢？当然是有的，请往下看。
channel
一般写多进程程序时，都会遇到一个问题：进程间通信。常见的通信方式有信号，共享内存等。goroutine 之间的通信机制是通道 channel。
使用 make 创建通道：
ch := make(chan int) // ch 的类型是 chan int通道支持三个主要操作：send，receive 和 close。
ch <- x // 发送
x = <-ch // 接收
<-ch // 接收，丢弃结果
close(ch) // 关闭无缓冲 channel
make 函数接受两个参数，第二个参数是可选参数，表示通道容量。不传或者传 0 表示创建了一个无缓冲通道。
无缓冲通道上的发送操作将会阻塞，直到另一个 goroutine 在对应的通道上执行接收操作。相反，如果接收先执行，那么接收 goroutine 将会阻塞，直到另一个 goroutine 在对应通道上执行发送。
所以，无缓冲通道是一种同步通道。
下面我们使用无缓冲通道把上面例子中出现的问题解决一下。
package main
import "fmt"
func Add(x, y int, ch chan int) {
z := x + y
ch <- z
}
func main() {
ch := make(chan int)
for i := 0; i < 10; i++ {
go Add(i, i, ch)
}
for i := 0; i < 10; i++ {
fmt.Println(<-ch)
}
}可以正常输出结果。
主 goroutine 会阻塞，直到读取到通道中的值，程序继续执行，最后退出。
缓冲 channel
创建一个容量是 5 的缓冲通道：
ch := make(chan int, 5)缓冲通道的发送操作在通道尾部插入一个元素，接收操作从通道的头部移除一个元素。如果通道满了，发送会阻塞，直到另一个 goroutine 执行接收。相反，如果通道是空的，接收会阻塞，直到另一个 goroutine 执行发送。
有没有感觉，其实缓冲通道和队列一样，把操作都解耦了。
单向 channel
类型 chan<- int 是一个只能发送的通道，类型 <-chan int 是一个只能接收的通道。
任何双向通道都可以用作单向通道，但反过来不行。
还有一点需要注意，close 只能用在发送通道上，如果用在接收通道会报错。
看一个单向通道的例子：
package main
import "fmt"
func counter(out chan<- int) {
for x := 0; x < 10; x++ {
out <- x
}
close(out)
}
func squarer(out chan<- int, in <-chan int) {
for v := range in {
out <- v * v
}
close(out)
}
func printer(in <-chan int) {
for v := range in {
fmt.Println(v)
}
}
func main() {
n := make(chan int)
s := make(chan int)
go counter(n)
go squarer(s, n)
printer(s)
}sync
sync 包提供了两种锁类型：sync.Mutex 和 sync.RWMutex，前者是互斥锁，后者是读写锁。
当一个 goroutine 获取了 Mutex 后，其他 goroutine 不管读写，只能等待，直到锁被释放。
package main
import (
"fmt"
"sync"
"time"
)
func main() {
var mutex sync.Mutex
wg := sync.WaitGroup{}
// 主 goroutine 先获取锁
fmt.Println("Locking (G0)")
mutex.Lock()
fmt.Println("locked (G0)")
wg.Add(3)
for i := 1; i < 4; i++ {
go func(i int) {
// 由于主 goroutine 先获取锁，程序开始 5 秒会阻塞在这里
fmt.Printf("Locking (G%d)\n", i)
mutex.Lock()
fmt.Printf("locked (G%d)\n", i)
time.Sleep(time.Second * 2)
mutex.Unlock()
fmt.Printf("unlocked (G%d)\n", i)
wg.Done()
}(i)
}
// 主 goroutine 5 秒后释放锁
time.Sleep(time.Second * 5)
fmt.Println("ready unlock (G0)")
mutex.Unlock()
fmt.Println("unlocked (G0)")
wg.Wait()
}RWMutex 属于经典的单写多读模型，当读锁被占用时，会阻止写，但不阻止读。而写锁会阻止写和读。
package main
import (
"fmt"
"sync"
"time"
)
func main() {
var rwMutex sync.RWMutex
wg := sync.WaitGroup{}
Data := 0
wg.Add(20)
for i := 0; i < 10; i++ {
go func(t int) {
// 第一次运行后，写解锁。
// 循环到第二次时，读锁定后，goroutine 没有阻塞，同时读成功。
fmt.Println("Locking")
rwMutex.RLock()
defer rwMutex.RUnlock()
fmt.Printf("Read data: %v\n", Data)
wg.Done()
time.Sleep(2 * time.Second)
}(i)
go func(t int) {
// 写锁定下是需要解锁后才能写的
rwMutex.Lock()
defer rwMutex.Unlock()
Data += t
fmt.Printf("Write Data: %v %d \n", Data, t)
wg.Done()
time.Sleep(2 * time.Second)
}(i)
}
wg.Wait()
}总结
并发编程算是 Go 的特色，也是核心功能之一了，涉及的知识点其实是非常多的，本文也只是起到一个抛砖引玉的作用而已。
本文开始介绍了 goroutine 的简单用法，然后引出了通道的概念。
通道有三种：
- 无缓冲通道
- 缓冲通道
- 单向通道
最后介绍了 Go 中的锁机制，分别是 sync 包提供的 sync.Mutex（互斥锁） 和 sync.RWMutex（读写锁）。
goroutine 博大精深，后面的坑还是要慢慢踩的。
文章中的脑图和源码都上传到了 GitHub，有需要的同学可自行下载。
地址： https://github.com/yongxinz/gopher/tree/main/sc
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