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并发

在这章中将展示 Go 使用 channel 和 goroutine 开发并行程序的能力。goroutine 是 Go并发能力的核心要素。但是,goroutine 到底是什么?来自 [8]:

叫做 goroutine 是因为已有的短语——线程、协程、进程等等——传递了不准确的含义。goroutine 有简单的模型:它是与其他 goroutine 并行执行的,有着相同地址空间的函数。它是轻量的,仅比分配栈空间多一点点消耗。而初始时栈是很小的,所以它们也是廉价的,并且随着需要在堆空间上分配(和释放)。

goroutine 是一个普通的函数,只是需要使用关键字 go 作为开头。

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下面程序的思路来自 [20]。让一个函数作为两个 goroutine 执行,goroutine 等待一段时间,然后打印一些内容到屏幕。在第 14 和 15 行,启动了 goroutine。main 函数等待足够的长的时间,这样每个 goroutine 会打印各自的文本到屏幕。现在是在第 17 行等待 5 秒钟,但实际上没有任何办法知道,当所有 goroutine 都已经退出应当等待多久。

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如果不等待 goroutine 的执行(例如,移除第 17 行),程序立刻终止,而任何正在执行的 goroutine 都会停止。为了修复这个,需要一些能够同 goroutine 通讯的机制。这一机制通过 channels 的形式使用。channel 可以与 Unix sehll 中的双向管道做类比:可以通过它发送或者接收值。这些值只能是特定的类型:channel 类型。定义一个 channel时,也需要定义发送到 channel 的值的类型。注意,必须使用 make 创建 channel:

ci := make(chan i n t )
cs := make(chan s t r i n g )
cf := make(chan i n t e r f a c e { })

创建 channel ci 用于发送和接收整数,创建 channel cs 用于字符串,以及 channel cf 使用了空接口来满足各种类型。向 channel 发送或接收数据,是通过类似的操作符完成的:<-. 具体作用则依赖于操作符的位置:

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将这些放到实例中去。

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0 .定义 c 作为 int 型的 channel。就是说:这个 channel 传输整数。注意这个变量是全局的,这样 goroutine 可以访问它;

  1. 发送整数 1 到 channel c;
  2. 初始化 c;
  3. 用关键字 go 开始一个 goroutine;
  4. 等待,直到从 channel 上接收一个值。注意,收到的值被丢弃了;
  5. 两个 goroutines,接收两个值。

这里仍然有一些丑陋的东西;不得不从 channel 中读取两次(第 14 和 15 行)。在这个例子中没问题,但是如果不知道有启动了多少个 goroutine 怎么办呢?这里有另一个 Go 内建的关键字:select。通过 select(和其他东西)可以监听 channel 上输入的数据。

在这个程序中使用 select,并不会让它变得更短,因为运行的 goroutine 太少了。移除第 14 和 15 行,并用下面的内容替换它们:

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现在将会一直等待下去。只有当从 channel c 上收到多个响应时才会退出循环 L。

使其并行运行

虽然 goroutine 是并发执行的,但是它们并不是并行运行的。如果不告诉 Go 额外的东西,同一时刻只会有一个 goroutine 执行。利用 runtime.GOMAXPROCS(n) 可以设置 goroutine 并行执行的数量。来自文档:

GOMAXPROCS 设置了同时运行的 CPU 的最大数量,并返回之前的设置。如 果 n < 1,不会改变当前设置。当调度得到改进后,这将被移除。

如果不希望修改任何源代码,同样可以通过设置环境变量 GOMAXPROCS 为目标值。

更多关于 channel

当在 Go 中用 ch := make(chan bool) 创建 chennel 时,bool 型的无缓冲 channel 会被创建。这对于程序来说意味着什么呢?首先,如果读取(value := <?ch)它将会被阻塞,直到有数据接收。其次,任何发送(ch<?5)将会被阻塞,直到数据被读出。无缓冲 channel 是在多个 goroutine 之间同步很棒的工具。

不过 Go 也允许指定 channel 的缓冲大小,很简单,就是 channel 可以存储多少元素。ch := make(chan bool, 4),创建了可以存储 4 个元素的 bool 型 channel。在这个 channel 中,前 4 个元素可以无阻塞的写入。当写入第 5 元素时,代码将会阻塞,直到其他 goroutine 从channel 中读取一些元素,腾出空间。

一句话说,在 Go 中下面的为 true:

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关闭 channel

当 channel 被关闭后,读取端需要知道这个事情。下面的代码演示了如何检查 channel 是否被关系。

x, ok = <?ch

当 ok 被赋值为 true 意味着 channel 尚未被关闭,同时可以读取数据。否则 ok 被赋值为 false。在这个情况下表示 channel 被关闭。

只读或只写 channel

练习

Q26. (1) Channel

  1. 修改在练习 Q1 中创建的程序, 换句话说, 主体中调用的函数现在是一个 goroutine 并且使用 channel 通讯。不用担心 goroutine 是如何停止的。

  2. 在完成了问题 1 后,仍有一些待解决的问题。其中一个麻烦是 goroutine 在 main.main() 结束的时候,没有进行清理。更糟的是,由于 main.main() 和 main.shower() 的竞争关系,不是所有数字都被打印了。本应该打印到 9,但是有时只打印到 8。添加第二个退出 channel,可以解决这两个问题。试试吧。

Q27. (2) 斐波那契 II

  1. 这是类似的练习,第一个在第 34 页的练习 10。完整的问题描述:

斐波那契数列以: 1; 1; 2; 3; 5; 8; 13; : : : 开头。或用数学形式: x1 = 1; x2 = 1; xn = xn?1 + xn?2 8n > 2。

编写一个函数接收 int 值,并给出同样数量的斐波那契数列。

但是现在有额外条件:必须使用 channel。

答案

A26. (1) Channel

  1. 程序可能的形式是:

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以通常的方式开始,在第 6 行创建了一个新的 int 类型的 channel。下一行调用了 shower 函数,用 ch 变量作为参数,这样就可以与其通讯。然后进入 for 循环(第 8-10 行),在循环中发送(通过<?)数字到函数(现在是 goroutine)shower。在函数 shower 中等待(阻塞方式),直到接收到了数字(第 15 行)。每个收到的数字都被打印(第 16 行)出来,然后继续第 14 行开始的死循环。

2 .答案是

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在第 20 行从退出 channel 读取并丢弃该值。可以使用 q := <?quit,但是可能只需要用这个变量一次——在 Go 中是非法的。另一种办法,你可能已经想到了:_ = <?quit。在 Go 中这是合法的,但是第 20 行的形式在 Go 中更好。

A27. (2) 斐波那契 II

  1. 下面的程序使用 channel 计算了斐波那契数列。

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