go語(yǔ)言中的協(xié)程詳解
協(xié)程的特點(diǎn)
1.該任務(wù)的業(yè)務(wù)代碼主動(dòng)要求切換,即主動(dòng)讓出執(zhí)行權(quán)限
2.發(fā)生了IO,導(dǎo)致執(zhí)行阻塞(使用channel讓協(xié)程阻塞)
與線(xiàn)程本質(zhì)的不同
C#、java中我們執(zhí)行多個(gè)線(xiàn)程,是通過(guò)時(shí)間片切換來(lái)進(jìn)行的,要知道進(jìn)行切換,程序需要保存上下文等信息,是比較消耗性能的
GO語(yǔ)言中的協(xié)程,沒(méi)有上面這種切換,一定是通過(guò)協(xié)程主動(dòng)放出權(quán)限,不是被動(dòng)的。
例如:
C# 中創(chuàng)建兩個(gè)線(xiàn)程

可以看到1和2是交替執(zhí)行的

Go語(yǔ)言中用協(xié)程實(shí)現(xiàn)一下
runtime.GOMAXPROCS(1)


這個(gè)結(jié)果就是 執(zhí)行了1 在執(zhí)行2
上述兩種方式來(lái)進(jìn)行協(xié)程的切換
- 1.該任務(wù)的業(yè)務(wù)代碼主動(dòng)要求切換,即主動(dòng)讓出執(zhí)行權(quán)限

- 2.通過(guò)channel進(jìn)行阻塞

執(zhí)行的結(jié)果一樣

后面又繼續(xù)執(zhí)行1了
一、Goroutine的并行
package main
import (
"fmt"
"runtime"
"sync"
)
func main() {
runtime.GOMAXPROCS(1)
var wg sync.WaitGroup
wg.Add(3)
fmt.Println("Start Goroutines")
go func() {
defer wg.Done()
for i:=1;i<=10;i++{
fmt.Print("1")
}
}()
go func() {
defer wg.Done()
for i:=1;i<=10;i++ {
fmt.Print("2")
}
}()
go func() {
defer wg.Done()
for i:=1;i<=10;i++ {
fmt.Print("3")
}
}()
fmt.Println("等待執(zhí)行結(jié)束")
wg.Wait()
}運(yùn)行結(jié)果
Start Goroutines
等待執(zhí)行結(jié)束
333333333311111111112222222222
(1)runtime.GOMAXPROCS(1) 的作用是什么?
runtime包的GOMAXPROCS 函數(shù)。這個(gè)函數(shù)允許程序更改調(diào)度器可以使用的邏輯處理器的數(shù)量。如果不想在代碼里做這個(gè)調(diào)用,也可以通過(guò)修改和這個(gè)函數(shù)名字一樣的環(huán)境變量的值來(lái)更改邏輯處理器的數(shù)量。
(2)為什么先輸出3后輸出1和2?
調(diào)度器源碼中有體現(xiàn): 有一個(gè)隊(duì)列,還有一個(gè)優(yōu)先執(zhí)行——即最后一個(gè), 在只有一個(gè)邏輯處理器的情況下,先執(zhí)行優(yōu)先的那個(gè),再順序執(zhí)行隊(duì)列中的。不過(guò)經(jīng)過(guò)各種實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)這個(gè)執(zhí)行順序其實(shí)是變的,貌似糾結(jié)這個(gè)順序也沒(méi)有什么意思。
(3)WaitGroup 是什么意思?
WaitGroup 是一個(gè)計(jì)數(shù)信號(hào)量,可以用來(lái)記錄并維護(hù)運(yùn)行的goroutine。如果WaitGroup的值大于0,Wait 方法就會(huì)阻塞。為了減小WaitGroup 的值并最終釋放main 函數(shù),使用defer 聲明在函數(shù)退出時(shí)
調(diào)用Done 方法。(defer 有點(diǎn)像C#當(dāng)中的fianlly)
補(bǔ)充:調(diào)度算法中,如果多個(gè)goroutine中某個(gè)執(zhí)行過(guò)長(zhǎng),此時(shí)會(huì)將其停止讓給其他goroutine繼續(xù)執(zhí)行,待到其他都執(zhí)行完成,在將其進(jìn)行執(zhí)行。如下圖:G4和G5就進(jìn)行了切換

如下代碼可以驗(yàn)證上面的問(wèn)題:
package main
import (
"fmt"
"runtime"
"sync"
)
var wg sync.WaitGroup
func main() {
runtime.GOMAXPROCS(1)
wg.Add(2)
fmt.Println("Create Goroutines")
go printPrime("A")
go printPrime("B")
fmt.Println("Waiting To Finish")
wg.Wait()
fmt.Println("Terminating Program")
}
func printPrime(prefix string) {
defer wg.Done()
next:
for outer := 2; outer < 5000; outer++ {
for inner := 2; inner < outer; inner++ {
if outer%inner == 0 {
continue next
}
}
fmt.Printf("%s:%d\n", prefix, outer)
}
fmt.Println("Completed", prefix)
}printPrime 這個(gè)函數(shù)作用是查找顯示 5000 以?xún)?nèi)的素?cái)?shù)值,這是一個(gè)比較耗時(shí)的程序。
運(yùn)行結(jié)果:數(shù)字比較多,不打印了,但是可以看到結(jié)果是A和B兩個(gè)協(xié)程之間的切換。
上面的代碼都是設(shè)置GOMAXPROCS為1的情況,給每個(gè)可用的核心分配一個(gè)邏輯處理器
runtime.GOMAXPROCS(runtime.NumCPU())
這樣運(yùn)行第一個(gè)程序的結(jié)果如下
Start Goroutines
等待執(zhí)行結(jié)束133333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333332111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
可以看到1、2、3沒(méi)有什么規(guī)律。
二、Goroutine的競(jìng)爭(zhēng)
什么競(jìng)爭(zhēng)狀態(tài):如果兩個(gè)或者多個(gè)goroutine 在沒(méi)有互相同步的情況下,訪(fǎng)問(wèn)某個(gè)共享的資源,并試圖同時(shí)讀和寫(xiě)這個(gè)資源,就處于相互競(jìng)爭(zhēng)的狀態(tài),這種情況被稱(chēng)作競(jìng)爭(zhēng)狀態(tài)(race candition)
競(jìng)爭(zhēng)狀態(tài)是比較容易出現(xiàn)問(wèn)題的地方,所以對(duì)一個(gè)共享資源的讀和寫(xiě)操作必須是原子化的,換句話(huà)說(shuō),同一時(shí)刻只能有一個(gè)goroutine 對(duì)共享資源進(jìn)行讀和寫(xiě)操作。
package main
import (
"fmt"
"runtime"
"sync"
)
var (
counter int
wg sync.WaitGroup
)
func main() {
wg.Add(2)
go incCounter(1)
go incCounter(2)
wg.Wait()
fmt.Println("Final Counter:", counter)
}
func incCounter(id int) {
defer wg.Done()
for count := 0; count < 2; count++ {
value := counter
runtime.Gosched()
value++
counter = value
}
}運(yùn)行結(jié)果:
Final Counter: 2
變量 counter 會(huì)進(jìn)行4 次讀和寫(xiě)操作,每個(gè)goroutine 執(zhí)行兩次。但是,程序終止時(shí),counter變量的值為2,這是因?yàn)閮蓚€(gè)協(xié)程之間產(chǎn)生了競(jìng)爭(zhēng),對(duì)同一個(gè)counter進(jìn)行讀寫(xiě),下面這個(gè)圖很好的詮釋了為什么最后counter是2

補(bǔ)充:runtime.Gosched()用于讓出CPU時(shí)間片。
三、使用Goroutine的鎖
一種修正代碼、消除競(jìng)爭(zhēng)狀態(tài)的辦法是,使用Go 語(yǔ)言提供的鎖機(jī)制,來(lái)鎖住共享資源,
從而保證goroutine 的同步狀態(tài)。Go 語(yǔ)言提供了傳統(tǒng)的同步goroutine 的機(jī)制,就是對(duì)共享資源加鎖。
1、原子函數(shù)
使用atomic包來(lái)提供對(duì)數(shù)值類(lèi)型的安全訪(fǎng)問(wèn)。
package main
import (
"fmt"
"runtime"
"sync"
"sync/atomic"
)
var (
counter int64
wg sync.WaitGroup
)
func main() {
wg.Add(2)
go incCounter(1)
go incCounter(2)
wg.Wait()
fmt.Println("Final Counter:", counter)
}
func incCounter(id int) {
defer wg.Done()
for count := 0; count < 2; count++ {
atomic.AddInt64(&counter, 1)
runtime.Gosched()
}
}運(yùn)行結(jié)果
Final Counter: 4
atmoic 包的AddInt64 函數(shù)。這個(gè)函數(shù)會(huì)同步整型值的加法,方法是強(qiáng)制同一時(shí)刻只能有一個(gè)goroutine 運(yùn)行并完成這個(gè)加法操作。當(dāng)goroutine 試圖去調(diào)用任何原子函數(shù)時(shí),這些goroutine 都會(huì)自動(dòng)根據(jù)所引用的變量做同步處理。
另外兩個(gè)有用的原子函數(shù)是LoadInt64 和StoreInt64。這兩個(gè)函數(shù)提供了一種安全地讀和寫(xiě)一個(gè)整型值的方式。
package main
import (
"fmt"
"sync"
"sync/atomic"
"time"
)
var (
shutdown int64
wg sync.WaitGroup
)
func main() {
wg.Add(2)
go doWork("A")
go doWork("B")
time.Sleep(1 * time.Second)
fmt.Println("Shutdown Now")
atomic.StoreInt64(&shutdown, 1)
wg.Wait()
}
func doWork(name string) {
defer wg.Done()
for {
fmt.Printf("Doing %s Work\n", name)
time.Sleep(250 * time.Millisecond)
// Do we need to shutdown.
if atomic.LoadInt64(&shutdown) == 1 {
fmt.Printf("Shutting %s Down\n", name)
break
}
}
}主協(xié)程main函數(shù)執(zhí)行了1秒,然后將shutdown中的值設(shè)置為1,A和B的協(xié)程中通過(guò)讀取shutdown是否等于1來(lái)判斷是否結(jié)束協(xié)程。
運(yùn)行結(jié)果:
Doing A Work
Doing B Work
Doing A Work
Doing B Work
Doing A Work
Doing B Work
Doing A Work
Doing B Work
Shutdown Now
Shutting A Down
Shutting B Down
2、互斥鎖
另一種同步訪(fǎng)問(wèn)共享資源的方式是使用互斥鎖(mutex)。互斥鎖這個(gè)名字來(lái)自互斥(mutualexclusion)的概念?;コ怄i用于在代碼上創(chuàng)建一個(gè)臨界區(qū),保證同一時(shí)間只有一個(gè)goroutine 可以執(zhí)行這個(gè)臨界區(qū)代碼
package main
import (
"fmt"
"runtime"
"sync"
)
var (
counter int
wg sync.WaitGroup
mutex sync.Mutex
)
func main() {
wg.Add(3)
go incCounter(1)
go incCounter(2)
go incCounter(3)
wg.Wait()
fmt.Printf("Final Counter: %d\n", counter)
}
func incCounter(id int) {
defer wg.Done()
for count := 0; count < 2; count++ {
mutex.Lock()
{
value := counter
runtime.Gosched()
value++
counter = value
}
mutex.Unlock()
}
}運(yùn)行結(jié)果:
Final Counter: 6
如上面的代碼,最終的結(jié)果還是6.
mutex.lock he mutex.Unlock之間的代碼,同一時(shí)刻只允許一個(gè)goroutine進(jìn)入,所以保證數(shù)據(jù)的正確性。
補(bǔ)充對(duì)于 runtime.Gosched()的理解,有兩個(gè)問(wèn)題 1. 當(dāng)執(zhí)行了這句話(huà),貌似讓出了執(zhí)行,那么它后面的語(yǔ)句還能執(zhí)行么
到此這篇關(guān)于go語(yǔ)言協(xié)程的文章就介紹到這了。希望對(duì)大家的學(xué)習(xí)有所幫助,也希望大家多多支持腳本之家。
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