golang高并发的实现与注意事项

一、并发的意义

并发的意义就是让 一个程序同时做多件事情 ，其目的只是为了能让程序同时做另一件事情而已，而不是为了让程序运行的更快(如果是多核处理器，而且任务可以分成相互独立的部分，那么并发确实可以让事情解决的更快)。

golang从语言级别上对并发提供了支持，而且在启动并发的方式上直接添加了语言级的关键字，不必非要按照固定的格式来定义线程函数，也不必因为启动线程的时候只能给线程函数传递一个参数而烦恼。

二、并发的启动

go的并发启动非常简单，几乎没有什么额外的准备工作，要并发的函数和一般的函数没有什么区别，参数随意，启动的时候只需要加一个 go 关键之即可,其最精髓的部分在于这些协程(协程类似于线程，但是是更轻量的线程)的调度。

package main

import (
	"fmt"
	"time"
)

func comFunc() {
	fmt.Println("This is a common function.")
}

func main() {
	go comFunc()
	time.Sleep(time.Second * 3)
}

三、协程间的同步与通信

1、sync.WaitGroup

sync包中的WaitGroup实现了一个类似任务队列的结构，你可以向队列中加入任务，任务完成后就把任务从队列中移除，如果队列中的任务没有全部完成，队列就会触发阻塞以阻止程序继续运行，具体用法参考如下代码：

package main

import (
	"fmt"
	"sync"
)

var waitGroup sync.WaitGroup

func Afunction(index int) {
	fmt.Println(index)
	waitGroup.Done() //任务完成，将任务队列中的任务数量-1，其实.Done就是.Add(-1)
}

func main() {
	for i := 0; i < 10; i++ {
		waitGroup.Add(1) //每创建一个goroutine，就把任务队列中任务的数量+1
		go Afunction(i)
	}
	waitGroup.Wait() //.Wait()这里会发生阻塞，直到队列中所有的任务结束就会解除阻塞
}

2、channel

channel是一种golang内置的类型，英语的直译为"通道"，其实，它真的就是一根管道，而且是一个先进先出的数据结构。

我们能对channel进行的操作只有4种：

channel的3种性质入如下：

(1) channel是一种自动阻塞的管道。 如果管道满了，一个对channel放入数据的操作就会阻塞，直到有某个routine从channel中取出数据，这个放入数据的操作才会执行。相反同理，如果管道是空的，一个从channel取出数据的操作就会阻塞，直到某个routine向这个channel中放入数据，这个取出数据的操作才会执行。 这是channel最重要的一个性质！！！

package main

func main() {
	ch := make(chan int, 3)
	ch <- 1
	ch <- 1
	ch <- 1
	ch <- 1 //这一行操作就会发生阻塞，因为前三行的放入数据的操作已经把channel填满了
}

package main

func main() {
	ch := make(chan int, 3)
	<-ch //这一行会发生阻塞，因为channel才刚创建，是空的，没有东西可以取出
}

(2)channel分为有缓冲的channel和无缓冲的channel。两种channel的创建方法如下：

ch := make(chan int) 	//无缓冲的channel，同等于make(chan int, 0)
ch := make(chan int, 5) //一个缓冲区大小为5的channel

无缓冲通道与有缓冲通道的主要区别为：无缓冲通道存取数据是同步的，即如果通道中无数据，则通道一直处于阻塞状态；有缓冲通道存取数据是异步的，即存取数据互不干扰，只有当通道中已满时，存数据操作，通道阻塞；当通道中为空时，取数据操作，通道阻塞。

因此，使用无缓冲的channel时，放入操作和取出操作不能在同一个routine中，而且应该是先确保有某个routine对它执行取出操作，然后才能在另一个routine中执行放入操作，否则会发生死锁现象，示例如下：

package main

import (
	"fmt"
	"sync"
)

var waitGroup sync.WaitGroup //使用wg等待所有routine执行完毕，并输出相应的提示信息

func AFunc(ch chan int) {
	waitGroup.Add(1)
FLAG:
	for {
		select {
		case val := <-ch:
			fmt.Println(val)
			break FLAG
		}
	}
	waitGroup.Done()
	fmt.Println("WaitGroup Done")
}

func main() {

	ch := make(chan int) //无缓冲通道
	execMode := 0        //执行模式 0：先启动并发，正常输出100 1：后启动并发，发生死锁
	switch execMode {
	case 0:
		go AFunc(ch)
		ch <- 100
	case 1:
		ch <- 100
		go AFunc(ch)
	}
	waitGroup.Wait()
	close(ch)
}

使用带缓冲的channel时，因为有缓冲空间，所以只要缓冲区不满，放入操作就不会阻塞，同样，只要缓冲区不空，取出操作就不会阻塞。而且，带有缓冲的channel的放入和取出操作可以用在同一个routine中。但是，一定要注意放入和取出的速率问题，否则也会发生死锁现象，示例如下：

package main

import (
	"fmt"
	"sync"
)

var waitGroup sync.WaitGroup

func AFunc(ch chan int, putMode int) {
	val := <-ch
	switch putMode {
	case 0:
		fmt.Printf("Vaule=%d\n", val)
	case 1:
		fmt.Printf("Vaule=%d\n", val)
		for i := 1; i <= 5; i++ {
			ch <- i * val
		}
	case 2:
		fmt.Printf("Vaule=%d\n", val)
		for i := 1; i <= 5; i++ {
			<-ch
		}
	}

	waitGroup.Done()
	fmt.Println("WaitGroup Done", val)
}

func main() {
	ch := make(chan int, 10)
	putMode := 0 //该模式下，能够正常输出所有数据
	//putMode := 1//当放入速度远大于取数速度时，程序阻塞
	//putMode := 2//当取数速度远大于放数速度时，程序阻塞
	for i := 0; i < 1000; i++ {
		ch <- i
		waitGroup.Add(1)
		go AFunc(ch, putMode)
	}

	waitGroup.Wait()
	close(ch)
}

(3)关闭后的channel可以取数据，但是不能放数据。而且，channel在执行了close()后并没有真的关闭，channel中的数据全部取走之后才会真正关闭。

package main

func main() {
	ch := make(chan int, 5)
	ch <- 1
	ch <- 1
	close(ch)
	ch <- 1 //不能对关闭的channel执行放入操作
        
        // 会触发panic
}

package main

func main() {
	ch := make(chan int, 5)
	ch <- 1
	ch <- 1
	close(ch)
	<-ch //只要channel还有数据，就可能执行取出操作

        //正常结束
}

package main

import "fmt"

func main() {
	ch := make(chan int, 5)
	ch <- 1
	ch <- 1
	ch <- 1
	ch <- 1
	close(ch)  //如果执行了close()就立即关闭channel的话，下面的循环就不会有任何输出了
	for {
		data, ok := <-ch
		if !ok {
			break
		}
		fmt.Println(data)
	}
	
	// 输出：
	// 1
	// 1
	// 1
	// 1
	// 
	// 调用了close()后，只有channel为空时，channel才会真的关闭
}