go语言中sync包和channel机制

Posted 2020-08-27

文章转载至：https://www.bytelang.com/article/content/A4jMIFmobcA=

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golang中实现并发非常简单，只需在需要并发的函数前面添加关键字＂Go"，但是如何处理go并发机制中不同goroutine之间的同步与通信，golang 中提供了sync包和channel机制来解决这一问题．

sync 包提供了互斥锁这类的基本的同步原语.除 Once 和 WaitGroup 之外的类型大多用于底层库的例程。更高级的同步操作通过信道与通信进行。

type Cond
    func NewCond(l Locker) *Cond
    func (c *Cond) Broadcast()
    func (c *Cond) Signal()
    func (c *Cond) Wait()
type Locker
type Mutex
    func (m *Mutex) Lock()
    func (m *Mutex) Unlock()
type Once
    func (o *Once) Do(f func())
type Pool
    func (p *Pool) Get() interface{}
    func (p *Pool) Put(x interface{})
type RWMutex
    func (rw *RWMutex) Lock()
    func (rw *RWMutex) RLock()
    func (rw *RWMutex) RLocker() Locker
    func (rw *RWMutex) RUnlock()
    func (rw *RWMutex) Unlock()
type WaitGroup
    func (wg *WaitGroup) Add(delta int)
    func (wg *WaitGroup) Done()
    func (wg *WaitGroup) Wait()

　　

 

而golang中的同步是通过sync.WaitGroup来实现的．WaitGroup的功能：它实现了一个类似队列的结构，可以一直向队列中添加任务，当任务完成后便从队列中删除，如果队列中的任务没有完全完成，可以通过Wait()函数来出发阻塞，防止程序继续进行，直到所有的队列任务都完成为止．

WaitGroup总共有三个方法：Add(delta int),　Done(),　Wait()。Add:添加或者减少等待goroutine的数量Done:相当于Add(-1)Wait:执行阻塞，直到所有的WaitGroup数量变成0

具体例子如下：

 

package main  
  
import (  
    "fmt"  
    "sync"  
)  
  
var waitgroup sync.WaitGroup  
  
func Afunction(shownum int) {  
    fmt.Println(shownum)  
    waitgroup.Done() //任务完成，将任务队列中的任务数量-1，其实.Done就是.Add(-1)  
}  
  
func main() {  
    for i := 0; i < 10; i++ {  
        waitgroup.Add(1) //每创建一个goroutine，就把任务队列中任务的数量+1  
        go Afunction(i)  
    }  
    waitgroup.Wait() //.Wait()这里会发生阻塞，直到队列中所有的任务结束就会解除阻塞  
}  

　　

在线示例：https://www.bytelang.com/o/s/c/6z7UkvezTJg=

 

使用场景：

　　程序中需要并发，需要创建多个goroutine，并且一定要等这些并发全部完成后才继续接下来的程序执行．WaitGroup的特点是Wait()可以用来阻塞直到队列中的所有任务都完成时才解除阻塞，而不需要sleep一个固定的时间来等待．但是其缺点是无法指定固定的goroutine数目．

 

Channel机制：

相对sync.WaitGroup而言，golang中利用channel实习同步则简单的多．channel自身可以实现阻塞，其通过<-进行数据传递，channel是golang中一种内置基本类型，对于channel操作只有４种方式：

创建channel(通过make()函数实现，包括无缓存channel和有缓存channel);

向channel中添加数据（channel<-data）;

从channel中读取数据（data<-channel）;

关闭channel(通过close()函数实现，关闭之后无法再向channel中存数据，但是可以继续从channel中读取数据）

channel分为有缓冲channel和无缓冲channel,两种channel的创建方法如下:

var ch = make(chan int) //无缓冲channel,等同于make(chan int ,0)

var ch = make(chan int,10) //有缓冲channel,缓冲大小是５

其中无缓冲channel在读和写是都会阻塞，而有缓冲channel在向channel中存入数据没有达到channel缓存总数时，可以一直向里面存，直到缓存已满才阻塞．由于阻塞的存在，所以使用channel时特别注意使用方法，防止死锁的产生．例子如下：

无缓存channel:

 

package main  
  
import "fmt"  
  
func Afuntion(ch chan int) {  
    fmt.Println("finish")  
    <-ch  
}  
  
func main() {  
    ch := make(chan int) //无缓冲的channel  
    go Afuntion(ch)  
    ch <- 1  
      
    // 输出结果：  
    // finish  
} 

 

在线示例：https://www.bytelang.com/o/s/c/3cxH7Jko7YY=

 

代码分析：首先创建一个无缓冲channel　ch,　然后执行　go Afuntion(ch),此时执行＜-ch，则Afuntion这个函数便会阻塞，不再继续往下执行，直到主进程中ch<-1向channel　ch 中注入数据才解除Afuntion该协程的阻塞．

更正：

代码分析：对于该段程序（只有单核cpu运行的程序）首先创建一个无缓冲channel  ch，然后遇到go Afuntion(ch)，查看此时无cpu可以用来运行该任务，则将该任务记下，等到有cpu时再运行该任务，然后执行ch<-1，此时主goroutine阻塞，查找是否有其他协程，查找到有Afuntion(ch)这一goroutine，则执行该goroutine内容，直到<-ch才从主goroutine获取数据１，解除主goroutine阻塞．（注：这种执行方式仅限于单核cpu）

如果指定多个cpu运行，则首先运行主goroutine创建无缓冲的channel，然后查看是否有空闲cpu可以运行另外一个goroutine，如果有，则运行协程Afuntion(ch)，对于多核cpu,主goroutine和另外一个goroutine的运行顺序是不确定的．

 

 

package main

import "fmt"  
import "runtime"  
import "time"  
  
func Afuntion(ch chan int) {  
    fmt.Println("finish")  
    <-ch  
}  
  
func main() {  
    runtime.GOMAXPROCS(runtime.NumCPU())  
    ch := make(chan int) //无缓冲的channel  
    go Afuntion(ch)  
    time.Sleep(time.Nanosecond * 1000)  
    fmt.Println("main goroutine")  
    ch <- 1  
}  

 

在线示例：https://www.bytelang.com/o/s/c/9z_uWI5ZumA=

 

运行结果： 

finishmain goroutine

或者  main goroutine

finish

主goroutine和另外一个goroutine的执行顺序是不确定的（对于多核cpu）

 

package main  
  
import "fmt"  
  
func Afuntion(ch chan int) {  
    fmt.Println("finish")  
    <-ch  
}  
  
func main() {  
    ch := make(chan int) //无缓冲的channel  
    //只是把这两行的代码顺序对调一下  
    ch <- 1  
    go Afuntion(ch)  
  
    // 输出结果：  
    // 死锁，无结果  
}  

 

在线示例：https://www.bytelang.com/o/s/c/sLL_Cto3k4E=

 

代码分析：首先创建一个无缓冲的channel,　然后在主协程里面向channel　ch 中通过ch<-1命令写入数据，则此时主协程阻塞，就无法执行下面的go Afuntions(ch),自然也就无法解除主协程的阻塞状态，则系统死锁

总结：
对于无缓存的channel,放入channel和从channel中向外面取数据这两个操作不能放在同一个协程中，防止死锁的发生；同时应该先利用go 开一个协程对channel进行操作，此时阻塞该go 协程，然后再在主协程中进行channel的相反操作（与go 协程对channel进行相反的操作），实现go 协程解锁．即必须go协程在前，解锁协程在后．

带缓存channel:
对于带缓存channel，只要channel中缓存不满，则可以一直向 channel中存入数据，直到缓存已满；同理只要channel中缓存不为０，便可以一直从channel中向外取数据，直到channel缓存变为０才会阻塞．

由此可见，相对于不带缓存channel，带缓存channel不易造成死锁，可以同时在一个goroutine中放心使用，

 

close():

close主要用来关闭channel通道其用法为close(channel)，并且实在生产者的地方关闭channel，而不是在消费者的地方关闭．并且关闭channel后，便不可再想channel中继续存入数据，但是可以继续从channel中读取数据．例子如下：

 

package main  
  
import "fmt"  
  
func main() {  
    var ch = make(chan int, 20)  
    for i := 0; i < 10; i++ {  
        ch <- i  
    }  
    close(ch)  
    //ch <- 11 //panic: runtime error: send on closed channel  
    for i := range ch {  
        fmt.Println(i)　//输出０　１　２　３　４　５　６　７　８　９  
    }  
} 

 

在线示例：https://www.bytelang.com/o/s/c/XBiMiCoE7dc=

 

channel阻塞超时处理：
goroutine有时候会进入阻塞情况，那么如何避免由于channel阻塞导致整个程序阻塞的发生那？解决方案：通过select设置超时处理，具体程序如下：

 

package main  
  
 import (  
    "fmt"  
    "time"  
)  
  
func main() {  
    c := make(chan int)  
    o := make(chan bool)  
    go func() {  
        for {  
            select {  
            case i := <-c:  
                fmt.Println(i)  
            case <-time.After(time.Duration(3) * time.Second):    //设置超时时间为３ｓ，如果channel　3s钟没有响应，一直阻塞，则报告超时，进行超时处理．  
                fmt.Println("timeout")  
                o <- true  
                break  
            }  
        }  
    }()  
    <-o  
}

 

在线示例：https://www.bytelang.com/o/s/c/6V74LnkRLN0=

 

golang 并发总结：

并发两种方式：sync.WaitGroup，该方法最大优点是Wait()可以阻塞到队列中的所有任务都执行完才解除阻塞，但是它的缺点是不能够指定并发协程数量．
channel优点：能够利用带缓存的channel指定并发协程goroutine，比较灵活．但是它的缺点是如果使用不当容易造成死锁；并且他还需要自己判定并发goroutine是否执行完．

但是相对而言，channel更加灵活，使用更加方便，同时通过超时处理机制可以很好的避免channel造成的程序死锁，因此利用channel实现程序并发，更加方便，更加易用．