Go語言之goroutine

在談goroutine之前，我們先談?wù)劜l(fā)和并行。

一般的程序，如果沒有特別要求的話，是順序執(zhí)行的，這樣的程序也容易編寫維護(hù)。但是隨著科技的發(fā)展、業(yè)務(wù)的演進(jìn)，我們不得不變寫可以并行的程序，因?yàn)檫@樣有很多好處。

比如你在看文章的時(shí)候，還可以聽著音樂，這就是系統(tǒng)的并行，同時(shí)可以做多件事情，充分地利用計(jì)算機(jī)的多核，提升軟件運(yùn)行的性能。

在操作系統(tǒng)中，有兩個(gè)重要的概念：一個(gè)是進(jìn)程、一個(gè)是線程。當(dāng)我們運(yùn)行一個(gè)程序的時(shí)候，比如你的IDE或者QQ等，操作系統(tǒng)會(huì)為這個(gè)程序創(chuàng)建一個(gè)進(jìn)程，這個(gè)進(jìn)程包含了運(yùn)行這個(gè)程序所需的各種資源，可以說它是一個(gè)容器，是屬于這個(gè)程序的工作空間，比如它里面有內(nèi)存空間、文件句柄、設(shè)備和線程等。

那么線程是什么呢？線程是一個(gè)執(zhí)行的空間，比如要下載一個(gè)文件，訪問一次網(wǎng)絡(luò)等。線程會(huì)被操作系統(tǒng)調(diào)用，來在不同的處理器上運(yùn)行編寫的代碼任務(wù)，這個(gè)處理器不一定是該程序進(jìn)程所在的處理。操作系統(tǒng)的調(diào)度是操作系統(tǒng)負(fù)責(zé)的，不同的操作系統(tǒng)可能會(huì)不一樣，但是對(duì)于我們程序編寫者來說，不用關(guān)心，因?yàn)閷?duì)我們都是透明的。

一個(gè)進(jìn)程在啟動(dòng)的時(shí)候，會(huì)創(chuàng)建一個(gè)主線程，這個(gè)主線程結(jié)束的時(shí)候，程序進(jìn)程也就終止了，所以一個(gè)進(jìn)程至少有一個(gè)線程。這也是我們?cè)趍ain函數(shù)里，使用goroutine的時(shí)候，要讓主線程等待的原因，因?yàn)橹骶€程結(jié)束了，程序就終止了，那么就有可能會(huì)看不到goroutine的輸出。

Go語言中并發(fā)指的是讓某個(gè)函數(shù)獨(dú)立于其他函數(shù)運(yùn)行的能力，一個(gè)goroutine就是一個(gè)獨(dú)立的工作單元，Go的runtime（運(yùn)行時(shí)）會(huì)在邏輯處理器上調(diào)度這些goroutine來運(yùn)行，一個(gè)邏輯處理器綁定一個(gè)操作系統(tǒng)線程，所以說goroutine不是線程，它是一個(gè)協(xié)程，也是這個(gè)原因，它是由Go語言運(yùn)行時(shí)本身的算法實(shí)現(xiàn)的。

這里我們總結(jié)下幾個(gè)概念：

當(dāng)我們創(chuàng)建一個(gè)goroutine后，會(huì)先存放在全局運(yùn)行隊(duì)列中，等待Go運(yùn)行時(shí)的調(diào)度器進(jìn)行調(diào)度。把他們分配給其中的一個(gè)邏輯處理器，并放到這個(gè)邏輯處理器對(duì)應(yīng)的本地運(yùn)行隊(duì)列中，最終等著被邏輯處理器執(zhí)行即可。

這一套管理、調(diào)度、執(zhí)行g(shù)oroutine的方式稱之為Go的并發(fā)。并發(fā)可以同時(shí)做很多事情，比如有個(gè)goroutine執(zhí)行了一半，就被暫停執(zhí)行其他goroutine去了，這是Go控制管理的。所以并發(fā)的概念和并行不一樣，并行指的是在不同的物理處理器上同時(shí)執(zhí)行不同的代碼片段，并行可以同時(shí)做很多事情；并發(fā)是同時(shí)管理很多事情，因?yàn)椴僮飨到y(tǒng)和硬件的總資源比較少，所以并發(fā)的效果要比并行好的多，使用較少的資源做更多的事情，也是Go語言提倡的。

Go的并發(fā)原理我們剛剛講了，那么Go的并行是怎樣的呢？其實(shí)答案非常簡單，多創(chuàng)建一個(gè)邏輯處理器就好了，這樣調(diào)度器就可以同時(shí)分配全局運(yùn)行隊(duì)列中的goroutine到不同的邏輯處理器上并行執(zhí)行。

func main() {
    var wg sync.WaitGroup
    wg.Add(2)
    go func(){
        defer wg.Done()
        for i:=1;i<100;i++ {
            fmt.Println("A:",i)
        }
    }()
    go func(){
        defer wg.Done()
        for i:=1;i<100;i++ {
            fmt.Println("B:",i)
        }
    }()
    wg.Wait()
}

這是一個(gè)簡單的并發(fā)程序。創(chuàng)建一個(gè)goroutine是通過go關(guān)鍵字的，其后跟一個(gè)函數(shù)或者方法即可。

這里的sync.WaitGroup其實(shí)是一個(gè)計(jì)數(shù)的信號(hào)量，使用它的目的是要main函數(shù)等待兩個(gè)goroutine執(zhí)行完成后再結(jié)束，不然這兩個(gè)goroutine還在運(yùn)行的時(shí)候，程序就結(jié)束了，看不到想要的結(jié)果。

sync.WaitGroup的使用也非常簡單，先是使用Add方法設(shè)置計(jì)算器為 2 ，每一個(gè)goroutine的函數(shù)執(zhí)行完之后，就調(diào)用Done方法減 1 。Wait方法的意思是如果計(jì)數(shù)器大于 0 ，就會(huì)阻塞，所以main函數(shù)會(huì)一直等待兩個(gè)goroutine完成后，再結(jié)束。

我們運(yùn)行這個(gè)程序，發(fā)現(xiàn)A和B前綴會(huì)交叉出現(xiàn)，并且每次運(yùn)行的結(jié)果可能不一樣，這就是Go調(diào)度器調(diào)度的結(jié)果。

默認(rèn)情況下，Go默認(rèn)是給每個(gè)可用的物理處理器都分配一個(gè)邏輯處理器，因?yàn)槲业碾娔X是 4 核的，所以上面的例子默認(rèn)創(chuàng)建了 4 個(gè)邏輯處理器，所以這個(gè)例子中同時(shí)也有并行的調(diào)度，如果我們強(qiáng)制只使用一個(gè)邏輯處理器，我們?cè)倏纯唇Y(jié)果。

func main() {
    runtime.GOMAXPROCS(1)
    var wg sync.WaitGroup
    wg.Add(2)
    go func(){
        defer wg.Done()
        for i:=1;i<100;i++ {
            fmt.Println("A:",i)
        }
    }()
    go func(){
        defer wg.Done()
        for i:=1;i<100;i++ {
            fmt.Println("B:",i)
        }
    }()
    wg.Wait()
}

設(shè)置邏輯處理器個(gè)數(shù)也非常簡單，在程序開頭使用runtime.GOMAXPROCS(1)即可，這里設(shè)置的數(shù)量是 1 。我們這時(shí)候再運(yùn)行，會(huì)發(fā)現(xiàn)先打印A，再打印B。

這里我們不要誤認(rèn)為是順序執(zhí)行，這里之所以順序輸出的原因，是因?yàn)槲覀兊膅oroutine執(zhí)行時(shí)間太短暫了，還沒來得及切換到第 2 個(gè)goroutine，第 1 個(gè)goroutine就完成了。這里我們可以把每個(gè)goroutine的執(zhí)行時(shí)間拉長一些，就可以看到并發(fā)的效果了，這里不再示例了，大家自己試試。

對(duì)于邏輯處理器的個(gè)數(shù)，不是越多越好，要根據(jù)電腦的實(shí)際物理核數(shù)。如果不是多核的，設(shè)置再多的邏輯處理器個(gè)數(shù)也沒用。如果需要設(shè)置的話，一般我們采用如下代碼設(shè)置。

runtime.GOMAXPROCS(runtime.NumCPU())

所以對(duì)于并發(fā)來說，就是Go語言本身自己實(shí)現(xiàn)的調(diào)度；對(duì)于并行來說，是和運(yùn)行的電腦的物理處理器的核數(shù)有關(guān)的，多核就可以并行并發(fā)，單核只能并發(fā)了。