Go并发实践之 goroutine

Posted 2021-07-07 BBinChina

老生常谈之： 进程、线程

在并发编程方面， 我们绕不开操作系统、进程与线程这些概念，线程是操作系统调度执行时的最基本单元。Linux系统对于线程实现非常特殊，他并不区分线程和进程，线程只是一种特殊的进程罢了，也即是说不同操作系统也有不同的实现，但在进程、线程的区分上有着以下标准：

• 进程：

  1、拥有一段可执行程序代码，也即是代码段。代码段可以被多个进程共用，独立加载在每个进程内存空间。
  2、拥有一段进程专用的系统堆栈空间，也即进程内存空间，包括 代码段（code segment）、数据段（data segment）、静态内存（BBS segment）、堆（heap）、栈（stack）。

• 线程：

  1、线程是进程中的一部分、一个进程可以由多个线程，但线程只能存在于一个进程中。

• 联系：

  1、多个线程可以属于同一个进程并共享内存空间。因为多线程不需要创建新的虚拟内存空间，所以它们也不需要内存管理单元处理上下文的切换，线程之间的通信也正是基于共享的内存进行的，与重量级的进程相比，线程显得比较轻量。
  2、虽然线程比较轻量，但是在调度时也有比较大的额外开销。每个线程会都占用 1M 以上的内存空间，在切换线程时不止会消耗较多的内存，恢复寄存器中的内容还需要向操作系统申请或者销毁资源，每一次线程上下文的切换都需要消耗 ~1us 左右的时间。

多线程模型

并发模型中经常使用到的便是多线程模型，前文讲到，线程是操作系统调度的最基本单元，通过在同一时间创建多个线程，每个线程执行不同的任务，可以提高我们程序的任务执行能力。
但同时，多线程模型也引入了一个问题，多线程任务共享进程资源便利的同时，多线程对共享的资源存在竞争，便用到了锁机制，不展开科普。

Golang的多线程机制 Goroutine

Golang关于并发编程，提出了Goroutine的实现机制，Goroutine是一种轻量级线程，Goroutine的调度由Golang的Runtime运行时进行管理，关于Runtime机制需要再做分析。

Goroutine的语法格式：

go 函数名( 参数列表 )
例如：

go f(x, y, z)

在一个程序中使用go关键字开启的Goroutine都共享同一内存空间。共享内存空间可以实现线程间的通信，同时也带来了资源竞争问题。
在Golang中，天然提供了通道方式的线程间通信机制，即Channel。

Channel可用于两个 goroutine 之间通过传递一个指定类型的值来同步运行和通讯。操作符 <- 用于指定通道的方向，发送或接收。如果未指定方向，则为双向通道。

//先声明通道，及其通信内容
ch := make(chan int)

ch <- v    // 把 v 发送到通道 ch
v := <-ch  // 从 ch 接收数据
           // 并把值赋给 v

PS:
默认情况下，通道是不带缓冲区的。发送端发送数据，同时必须有接收端相应的接收数据。

如果设置缓冲区的话，相当于实现了队列，就是说发送端发送的数据可以放在缓冲区里面，可以等待接收端去获取数据，而不是立刻需要接收端去获取数据。不过由于缓冲区的大小是有限的，所以还是必须有接收端来接收数据的，否则缓冲区一满，数据发送端就无法再发送数据了。

PS：
带缓存区与不带缓存区的区别在于消息数量，不带缓冲区相当于可容纳数量为1，但消费端未消费时，发送端始终阻塞等待缓冲区为空才能发送下一条数据。

Go 通过 range 关键字来实现遍历读取到的数据，类似于与数组或切片。格式如下：

v, ok := <-ch

同时，可以通过调用Close()来关闭Channel

ch.close()

Rust的并发编程

多线程Web服务器

demo：

use std::thread;
use std::sync::mpsc;

fn main() {
    let (tx, rx) = mpsc::channel();

    thread::spawn(move || {
        let val = String::from("hi");
        tx.send(val).unwrap();
    });

    let received = rx.recv().unwrap();
    println!("Got: {}", received);
}

主要使用的Rust库sync 实现线程间通信。

管道的通信方式都是接收端未消费时，发送端进行了堵塞