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GoLang并发控制（上）

2020-06-10 02:52:48 admin 594

# GoLang并发控制（上）

>
> **在go程序中，最被人所熟知的便是并发特性，一方面有goroutine这类二级线程，对这种不处于用户态的go程的支持，另一方面便是对并发编程的简便化，可以快捷稳定的写出支持并发的程序。**

* 先回顾进程or线程之间的通信方式

inte-process communication(IPC)  
其中Go支持的IPC方法有管道、信号和socket。篇(shui)幅(ping)有限，一张图引入回忆。

ipc图解.jpg

* 并发和并行

简单来讲
并发就是可同时发起执行的程序，并行就是可以在支持并行的硬件上执行的并发程序；换句话说，并发程序代表了所有可以实现并发行为的程序，这是一个比较宽泛的概念，并行程序也只是他的一个子集。
这个问题在知乎笔试中出现过，并行和并发不是一个概念。

复习过过去的基础知识后，进入主题。

>
> 开发go程序，不管是系统性的k8s平台，还是基于传统的web开发，都常常使用goroutine来并发处理任务，有时候goroutine之间是相互独立的，但是也有时候goroutine之间是需要同步和通信的；另一种情况是父goroutine需要控制属于他的子goroutine。而goroutine的设计机制为，goroutine退出只能由本身进行控制，不同与传统的用户态协程，不允许从外部强制结束该goroutine，除非goroutine奔溃或者main函数结束。目前实现多个goroutine间的同步与通信大致有：

* 全局共享变量
  * channel管道通信 ---CSP模型
  * context包 ---在1.7版本后引入

* * *

全局共享变量：  
实现思路为：

1. 申明一个全局变量。
  2. 在这个全局变量作用域中，开启多个go程，多个go程实际上是共享这个全局变量。
  3. 开启的多个go程实现循环，不断的监听这个全局变量的情况，若全局变量属性触发一定条件，跳出循环，按串行顺序执行到该go程结尾，go程生命周期结束。

代码示例：

package main
    import (
        "fmt"
        "time"
    )
    
    func main() {
        running := true
        f := func() {
            for running { //控制的全局共享变量
                fmt.Println("sub proc running...")
                time.Sleep(1 * time.Second)
            }
            fmt.Println("sub proc exit")
        }
        go f()
        go f()
        go f()
        time.Sleep(2 * time.Second)
        running = false //全局共享变量改变
        time.Sleep(3 * time.Second)
        fmt.Println("main proc exit")
    }

* 优点：实现简单，不抽象，直白方便，一个变量即可简单控制子goroutine的进行。
  * 缺点: 
    * 不能适应结构复杂的设计，功能有限，只能适用于子go程中读，外主程或父go程来写全局变量，若子go程中进行写，会出现数据同步问题，需要加锁解决，不加锁面对map这类线程不安全的结构会报错。
    * 还有不适合用于同级的子go程间的通信，全局变量传递的信息太少。
    * 还有就是主进程无法等待所有子goroutine退出，因为这种方式只能是单向通知，所以这种方法只适用于非常简单的逻辑且并发量不太大的场景。

* * *

channel通信

首先解释golang中的channel：channel是go中的核心部分之一，结构体简单概括就是一个ring队列+一个锁
有兴趣的同学可以去研究一下源码构建。在使用中可以将channel看做管道，通过channel迸发执行的go程之间就可以发送或者接受数据，从而对并发逻辑进行控制。

> go的channel的设计是建立在CSP(Communicating Sequential
> Process)，中文可以叫做通信顺序进程，是一种并发编程模型，由 Tony Hoare 于 1977 年提出。简单来说，CSP
> 模型由并发执行的实体（线程或者进程）所组成，实体之间通过发送消息进行通信，这里发送消息时使用的就是通道，或者叫 channel。CSP 模型的关键是关注
> channel，而不关注发送消息的实体。Go 语言实现了 CSP 部分理论，goroutine 对应 CSP 中并发执行的实体，channel
> 也就对应着 CSP 中的 channel。 也就是说，CSP 描述这样一种并发模型：多个Process 使用一个 Channel 进行通信, 这个
> Channel 连结的 Process 通常是匿名的，消息传递通常是同步的（有别于 Actor Model）。

设计思路：

1. 创建一个sync包中WaitGroup实例 var wg sync.WaitGroup
  2. 创建一个chan，负责控制go程退出
  3. 在每一个go程被创建前，执行注册. wg.Add(1)
  4. 创建go后，在go程中监听信号chan能否收到，使用select机制（和io多路复用相似）
  5. runtime主程 直接关闭chan，也可以选择发送信号量。通知子go程结束循环，结束go程
  6. go程调用 wg.Done()注销后再退出，所以在进行go程 使用defer，go程退出执行。
  7. wg.Wait() 在注册的所有信息注销后才继续执行下一步。原理是实现一个for死循环，在注册的值消耗完毕后，跳出死循环。

代码解释：

package main
    import (
        "fmt"
        "os"
        "os/signal"
        "sync"
        "syscall"
        "time"
    )
    //执行的go程方法，传入的chan
    func consumer(stop <-chan bool) {
        for {
            select {                    //机制类似epoll
            case <-stop:
                fmt.Println("exit sub goroutine")
                return
            default:
                fmt.Println("running...")
                time.Sleep(500 * time.Millisecond)
            }
        }
    }
    func main() {
            stop := make(chan bool)
            var wg sync.WaitGroup
            // Spawn example consumers
            for i := 0; i < 3; i++ {
                wg.Add(1)
                go func(stop <-chan bool) {
                    defer wg.Done()
                    consumer(stop)
                }(stop)
            }
            close(stop) //直接关闭chan，否则传递3次信号量
            fmt.Println("stopping all jobs!")
            wg.Wait()
            fmt.Println("OVER")
    }

>
> channel通信控制基于CSP模型，相比于传统的线程与锁并发模型，避免了大量的加锁解锁的性能消耗，而又比Actor模型更加灵活，使用Actor模型时，负责通讯的媒介与执行单元是紧耦合的–每个Actor都有一个信箱。而使用CSP模型，channel是第一对象，可以被独立地创建，写入和读出数据，更容易进行扩展。

转载文章，原文链接： GoLang并发控制（上）

关键字词golang 并发

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