Go教程(十三)goroutine和channel

Posted 2023-02-14 玖五二七

一次只做一件事情并不是完成任务最快的方法.一些大的任务可以拆解成若干个小任务.goroutine可以让程序同时处理几个不同的任务.goroutine使用channel来协调它们的工作.channel允许goroutine互相发送数据并同步.这样一个goroutine就不会领先于另一个goroutine.它允许我们充分利用具有多处理器的计算机,让程序运行得尽可能的快.

多任务

我们有a.txt,b.txt,c.txt三个文件,我们需要读取它们的内容至内存,然后再计算它们的大小

package main

import (
  "bufio"
  "fmt"
  "os"
  "time"
)

func GetFileLen(name string) (length uint64, err error) 
  var filelength uint64
  filelength = 0
  fmt.Println("Opening name", name)
  file, err := os.OpenFile(name, os.O_RDONLY, os.FileMode(0600))
  if err != nil 
    return filelength, err
  
  defer file.Close()
  scanner := bufio.NewScanner(file)
  for scanner.Scan() 
    filelength += uint64(len(scanner.Text()))
  
  fmt.Println(name, " length ", filelength)
  return filelength, nil


func main() 
  PrintTime()
  l1, _ := GetFileLen("a.txt")  // 1.6G
  l2, _ := GetFileLen("b.txt")  // 1.6G
  l3, _ := GetFileLen("c.txt")  // 1.6G
  fmt.Println(l1, l2, l3)
  PrintTime()


func PrintTime() 
  t := time.Now().Unix()
  fmt.Println(t)

结果如下

PS D:\\goproj\\routine> go run .\\main.go
1648263533
Opening name a.txt
a.txt  length  1861221360
Opening name b.txt
b.txt  length  1861221360
Opening name c.txt
c.txt  length  1861221360
1861221360 1861221360 1861221360
1648263542

如上所知,我们完成所有文件的读取需要9秒钟的时间

如图所示,现在的执行顺序是这样子的

如果读取文件的任务能同时运行,那么整个任务可以在更短的时间内完成.如下图所示

利用goroutine的并发性

当我们调用GetFileLen时,程序必须在那里等待文件打开并读取内容,这个时候其实程序本身是不作任何事情的.但是由于程序是阻塞的,所以它卡在原地了.

并发性允许程序暂停一个任务并处理其他的任务.等待用户输入的程序可能在后台执行其他处理.程序在读取文件同时更新进度条.

支持并行运行的程序能够同时运行多个任务.一台只有一个处理器的计算机同一时刻只能处理一个任务.但是现在大多数计算机都是多核的.计算机由操作系统负责在不同的处理器之间分配.

在Go中,并发任务被称为goroutine,其他编程语言中这个相同的概念叫线程.但是goroutine比线程占用更少的内存.启动和停止的时间更少,这也就是意味着在同样硬件的情况下,可以运行更多的goroutine.

启动另一个goroutine非常简单,它只要在函数前面加go关键字.

go GetFileLen("a.txt")

每个go的main函数也是一个goroutine,所以在main中启动的任何一个goroutine都是第2个.goroutine允许并发:暂停一个任务来处理其他的任务,也允许多个任务同时执行.

调用 goroutine

func main() 
  PrintTime()
  // l1, _ := GetFileLen("a.txt")
  // l2, _ := GetFileLen("b.txt")
  // l3, _ := GetFileLen("c.txt")
  // fmt.Println(l1, l2, l3)

  go GetFileLen("a.txt")
  go GetFileLen("b.txt")
  go GetFileLen("c.txt")
  time.Sleep(5 * time.Second)  // 一定要加上,因为不加程序将直接退出.
  PrintTime()

输出结果如下

1648290898
Opening name c.txt
Opening name a.txt
Opening name b.txt
c.txt  length  1861221360
a.txt  length  1861221360
b.txt  length  1861221360
1648290903

从上面的结果我们看出来.我们调用的顺序是a b c,但是出来的顺序却是c a b.这由于我们无法决定哪个goroutine先运行哪个后运行.完全取决于go自身的调度机制.

如下图所示

由于main goroutine的运行时间要远低于其他goroutine的运行时间,所以如果不加以控制,

main goroutine完成之后就会退出,而其它的goroutine输出的结果也就看不到了.这也是为什么要加Sleep的原因所在.

我们也可以把时间改成time.Sleep(4 * time.Second),就是4秒钟,如果改成2秒或者1秒,是看不到输出的.因为读取文件大概需要3秒钟.所以用休眠的方式并不好,因为不同计算硬件对读取大文件的操作时间是不确定的,说不定在一些老旧的电脑上读取这些文件需要30秒.因此我们需要用更精确的办法来控制.

goroutine是不允许有返回值的.这实际上是正确的.由于代码在goroutine中运行,所以你不能指望它以函数的形式马上给你返回值,因为什么时候返回到调用它的goroutine是不确定的,所以它不能保证返回值什么时候准备好.

使用channel发送和接收值

goroutine之间的通讯方式被称为chnnel.它不仅允许你将一个值从一个goroutine发送给另一个goroutine并且保证了在接收该值的goroutine使用这个值之前,它一定是被发送过来的.

它实际上是解决了goroutine没有返回值的问题.channel声明如下

var myChannel chan uint64       // 声明channel变量
myChannel = make(chan uint64)   // 创建channel变量

myChannel1 :=  make(chan uint64) // 短变量声明

myChannel <- 20  // 发送值给channel
var u uint64
u <- myChannel   // 从channel中接收值

我们改造一下GetFileLen使它接收channel,然后再在main goroutine中接收这个值

func GetFileLen(name string, c chan uint64) (length uint64, err error) 
  var filelength uint64
  filelength = 0
  fmt.Println("Opening name", name)
  file, err := os.OpenFile(name, os.O_RDONLY, os.FileMode(0600))
  if err != nil 
    return filelength, err
  
  defer file.Close()
  scanner := bufio.NewScanner(file)
  for scanner.Scan() 
    filelength += uint64(len(scanner.Text()))
  
  fmt.Println(name, " length ", filelength)

  c <- filelength // 发送值给channel

  return filelength, nil


func main() 
  PrintTime()
  // 创建channel
  c := make(chan uint64)
  d := make(chan uint64)
  e := make(chan uint64)
  go GetFileLen("a.txt", c)
  go GetFileLen("b.txt", d)
  go GetFileLen("c.txt", e)
  fmt.Println(<-c, <-d, <-e)  // 接收channel的值
  // time.Sleep(4 * time.Second)
  PrintTime()

结果如下

1648297266
Opening name c.txt
Opening name b.txt
Opening name a.txt
b.txt  length  1861221360
c.txt  length  1861221360
a.txt  length  1861221360
1861221360 1861221360 1861221360
1648297269

可以看到,这次用的时间是3秒.所有的值都求出来了,理论上来讲.即使再有多个GetFileLen也是3秒会完成.

使用goroutine同步

channel在接收值的时候会阻塞当前的上下文,等待接收端goroutine的处理.利用这个特性,我们可以尝试修改一下程序,让它按照我们的意图在接收端输出受控制的顺序

func GetFileLen(name string, c chan string) (length uint64, err error) 
  var filelength uint64
  filelength = 0
  fmt.Println("Opening name", name)
  file, err := os.OpenFile(name, os.O_RDONLY, os.FileMode(0600))
  if err != nil 
    return filelength, err
  
  defer file.Close()
  scanner := bufio.NewScanner(file)
  for scanner.Scan() 
    filelength += uint64(len(scanner.Text()))
  
  // fmt.Println(name, " length ", filelength)

  // c <- filelength // 发送值给channel
  // 发送值给channel
  c <- fmt.Sprintf("%s length %s", name, strconv.FormatUint(filelength, 10))
  // fmt.Println(S)

  return filelength, nil


func main() 
  PrintTime()
  // l1, _ := GetFileLen("a.txt")
  // l2, _ := GetFileLen("b.txt")
  // l3, _ := GetFileLen("c.txt")
  // fmt.Println(l1, l2, l3)

  c := make(chan string)
  d := make(chan string)
  e := make(chan string)
  go GetFileLen("a.txt", c)
  go GetFileLen("b.txt", d)
  go GetFileLen("c.txt", e)
  fmt.Println(fmt.Sprint("receive : ", <-c))
  fmt.Println(fmt.Sprint("receive : ", <-d))
  fmt.Println(fmt.Sprint("receive : ", <-e))  
  // time.Sleep(4 * time.Second)
  PrintTime()

运行的结果如下,现在无论运行多少次,receive 的顺序都不变了,但是Opening的顺序是会变的

1648299196
Opening name a.txt
Opening name c.txt
Opening name b.txt
receive : a.txt length 1861221360
receive : b.txt length 1861221360
receive : c.txt length 1861221360
1648299199

1648299504
Opening name c.txt
Opening name a.txt
Opening name b.txt
receive : a.txt length 1861221360
receive : b.txt length 1861221360
receive : c.txt length 1861221360
1648299508

大家可以调整一下c d e 的顺序,调整以后输出a b c的顺序也会跟着变化.这说明在goroutine的接收方顺序是可以同步的,但是调用goroutine的顺序是无法控制的

• go不保证何时在goroutine之间切换,也不保证它将持续运行一个goroutine多久,这使得goroutine更高效的运行.
• goroutine通过channel通讯和同步或暂停其他goroutine
• 默认情况下,在goroutine上向channel发送值时,会暂停当前的goroutine,直到接收到该值为止.
• 接收channel的值也会导致当前goroutine阻塞,直到这个值被发送到那个channel为止.