go语言Goroutines 并发模式

Posted 2020-10-05 面壁偷笑

并发模式

让我们先来回顾一下boring函数的例子。

func boring(msg string, c chan string) {
   for i := 0; ; i++ {
        c <- fmt.Sprintf("%s %d", msg, i)
        time.Sleep(time.Duration(rand.Intn(1e3)) * time.Millisecond)
	}
}
           
func main() {	
	c := make(chan string)
	go boring("boring!", c)
 	for i := 0; i < 5; i++ {
    	fmt.Printf("You say: %q\n", <-c)
    }
    fmt.Println("You‘re boring; I‘m leaving.")
}

接下来，我会base于上面的这个例子，来介绍各种patterns。

• 生成器(Generator)

由于go中的channel也是一种变量，所以我们可以通过返回channel的方式来传递结果

func boring(msg string) <-chan string { 
    c := make(chan string)
    go func() { 
        for i := 0; ; i++ {
            c <- fmt.Sprintf("%s %d", msg, i)
            time.Sleep(time.Duration(rand.Intn(1e3)) * time.Millisecond)
        }
    }()
    return c 
}
func main(){
	c := boring("boring!") 
    for i := 0; i < 5; i++ {
        fmt.Printf("You say: %q\n", <-c)
    }
    fmt.Println("You‘re boring; I‘m leaving.")
}

通过这个例子，我们可以很容易想到其他运用返回结果channel的例子，这样做不仅使得程序更加的清晰，而且更加有利于的非阻塞过程的组织，因为我们可以在任何必要的时候通过结果channel读取结果。如此一来，我们可以将boring作为一种服务，就像下面的例子：

func main() {
    joe := boring("Joe")
    ann := boring("Ann")
    for i := 0; i < 5; i++ {
        fmt.Println(<-joe)
        fmt.Println(<-ann)
    }
    fmt.Println("You‘re both boring; I‘m leaving.")
}

• 多路复合(Multiplexing)

func fanIn(input1, input2 <-chan string) <-chan string {
    c := make(chan string)
    go func() { for { c <- <-input1 } }()
    go func() { for { c <- <-input2 } }()
    return c
}
func main() {
    c := fanIn(boring("Joe"), boring("Ann"))
    for i := 0; i < 10; i++ {
        fmt.Println(<-c)
    }
    fmt.Println("You‘re both boring; I‘m leaving.")
}

我们通过fanIn函数将两个boring函数返回的结果channel给复合到了一个channel中，这样我们可以看到在main函数中通过复合后的channel读出的结果数据将是随机的。下面这张图很形象地的展现了多路复合模式的过程。

 

• 选择(Select)

Go中的select其实和Unix/Linux下的多路复用的select在思想上有异曲同工之妙，我们可以通过Select来做很多很美妙的事情。首先，我们来改写fanin方法，把它改写为使用select的版本：

func fanIn(input1, input2 <-chan string) <-chan string {
    c := make(chan string)
    go func() {
        for {
            select {
            case s := <-input1:  c <- s
            case s := <-input2:  c <- s
            }
        }
    }()
    return c
}

这里的select将同时监听多个channel，只要有其中一个channel可以读取数据，那么select就将解除阻塞状态，运行相应case下的代码。如果您写过一些高性能的并发程序，那么您一定早就发现select真乃神器，select不仅可以简化代码清晰逻辑，而且可以减少IO并发开销，大大增大并发吞吐量。

• 超时(Timeout)

在goroutines中，有时候可能会因为等待某个channel而长期阻塞某个goroutine，所以我们需要为之增加超时的功能。下面例子将使用select实现超时功能。

func main() {
    c := boring("Joe")
    for {
        select {
        case s := <-c:
            fmt.Println(s)
        case <-time.After(1 * time.Second):
            fmt.Println("You‘re too slow.")
            return
        }
    }
}

这里的time是go提供的一个库，After方法将返回一个在相应时间之后可以读取的channel，这样我们使用select就可以很方便得实现超时处理的功能。

• 退出

那么我们怎么来控制一个goroutine，使它可以结束自己的使命正常结束呢？其实很简单，同样我们使用select来实现这个功能。

func boring(msg string, quit chan bool) <-chan string { 
    c := make(chan string)
    go func() { 
        for i := 0; ; i++ {
        	select {
        	case c <- fmt.Sprintf("%s: %d", msg, i):
        		time.Sleep(time.Duration(rand.Intn(1e3)) * time.Millisecond)	
        	case <-quit:
        		return
        	}
        }
    }()
    return c
}
func main(){
	quit := make(chan bool)
    c := boring("Joe", quit)
    for i := rand.Intn(10); i >= 0; i-- { fmt.Println(<-c) }
    quit <- true
}

通过在boring的循环中增加一个select，在main中我们便可以通过向quit 写入数据的方式来控制boring的退出。换句话来讲，其实就是做到了不同goroutines间的一个交流罢了。

• 菊花链(Daisy-chain)

要说清楚什么是菊花链，让我们先看一幅图

我们看图说话，图中的gopher是一个一个channel，这些channel从头到尾连了起来。但我们把一个数据放到channel的头部的时候，通过传递，我们便可以从channel的尾部读出数据。是不是觉得这很像大家小时候玩的传悄悄话的游戏？？具体实例如下：

func f(left, right chan int) {
    left <- 1 + <-right
}

func main() {
    const n = 100000
    leftmost := make(chan int)
    right := leftmost
    left := leftmost
    for i := 0; i < n; i++ {
        right = make(chan int)
        go f(left, right)
        left = right
    }
    go func(c chan int) { c <- 1 }(right)
    fmt.Println(<-leftmost)
}

上面代码初始化了100000个channel，并把他们按照顺序连接起来。最后向最右边的channel写入一个数据，从最左边的channel读出来。这种菊花链的模型非常适合作为过滤器filter来使用，通过channel来连接filter会显得十分方便。