GO语言的进阶之路-协程和Channel

原作者: [db:作者] 来自: [db:来源] 收藏邀请

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　作者：尹正杰

　　　看过我之前几篇博客小伙伴可能对Golang语言的语法上了解的差不多了，但是，如果想要你的代码和性能更高，那还得学点晋升的本来，这个时候我们就需要引入Golang的协成这个概念了，其实，你可能早就听说了Golang的优势就是处理大并发，我们可以用它来做日志收集系统，也可以用它做业务上的“秒杀系统”，当然我们还可以用它来做“监控系统”。好了，下面跟我一起来体会一下Golang的五味杂陈吧。

一.什么是协程；

　　再说协成之前，我们需要了解两个概念，即用户态和内核态。

1.什么是用户态；

　　官方解释：用户态（user mode）在计算机结构指两项类似的概念。在CPU的设计中，用户态指非特权状态。在此状态下，执行的代码被硬件限定，不能进行某些操作，比如写入其他进程的存储空间，以防止给操作系统带来安全隐患。在操作系统的设计中，用户态也类似，指非特权的执行状态。内核禁止此状态下的代码进行潜在危险的操作，比如写入系统配置文件、杀掉其他用户的进程、重启系统等。

　　应用程序在用户态下运行，仅仅只能执行cpu整个指令集的一个子集，该子集中不包含操作硬件功能的部分，因此，一般情况下，在用户态中有关I/O和内存保护（操作系统占用的内存是受保护的，不能被别的程序占用）。

　　如果感兴趣的朋友可以参考：https://baike.baidu.com/item/%E7%94%A8%E6%88%B7%E6%80%81/9548791?fr=aladdin

2.什么是内核态；

　　内核态也叫和核心态。

　　官方解释：在处理器的存储保护中，主要有两种权限状态，一种是核心态（管态），也被称为特权态；一种是用户态（目态）。核心态是操作系统内核所运行的模式，运行在该模式的代码，可以无限制地对系统存储、外部设备进行访问。

　　操作系统在内核态运行情况下可以访问硬件上所有的内容。

　　如果感兴趣的朋友可以参考：https://baike.baidu.com/item/%E6%A0%B8%E5%BF%83%E6%80%81/6845908?fr=aladdin

3.什么是协成;

　　官方解释：一个程序可以包含多个协程，可以对比与一个进程包含多个线程，因而下面我们来比较协程和线程。我们知道多个线程相对独立，有自己的上下文，切换受系统控制；而协程也相对独立，有自己的上下文，但是其切换由自己控制，由当前协程切换到其他协程由当前协程来控制。

　　协程（coroutine）是Go语言中的轻量级线程实现，由Go运行时（runtime）管理。在一个函数调用前加上go关键字，这次调用就会在一个新的goroutine中并发执行。当被调用的函数返回时，这个goroutine也自动结束。需要注意的是，如果这个函数有返回值，那么这个返回值会被丢弃。协成工作在用户态，它类似于现场的运行方式可以并行处理任务。

　如果感兴趣的朋友可以参考：http://baike.baidu.com/link?url=MKRg3Ca7Bokkqv5EarU1JO7Oz6Wn8jMhmJcoivDG27dOFeznk3gVDSl5SfN6P191GSwGDInEfDPVkQ6j3pJNbICpy04U0F1TkLOZHVzs1-u

二.创建一个协程；

　　在一个函数调用前加上go关键字，这次调用就会在一个新的goroutine中并发执行，下面我们一起来看段代码的执行结果：

 1 /*
 2 #!/usr/bin/env gorun
 3 @author :yinzhengjie
 4 Blog:http://www.cnblogs.com/yinzhengjie/tag/GO%E8%AF%AD%E8%A8%80%E7%9A%84%E8%BF%9B%E9%98%B6%E4%B9%8B%E8%B7%AF/
 5 EMAIL:[email protected]
 6 */
 7 
 8 package main
 9 
10 import (
11 "time"
12 "fmt"
13 )
14 
15 func sayhi(s string)  {
16     for i := 0; i < 5; i++ {
17         time.Sleep(100*time.Millisecond)  //表示每次循环后都要休息100毫秒。
18         fmt.Println(s)
19     }
20 }
21 
22 func main() {
23     go sayhi("尹正杰")  //在函数执行前加个go，表示单独起了一个协程，表示和当前主协程（main）并驾齐驱运行代码。
24     sayhi("Golang")
25 }
26 
27 
28 #以上代码执行结果如下：
29 Golang
30 尹正杰
31 尹正杰
32 Golang
33 Golang
34 尹正杰
35 尹正杰
36 Golang
37 Golang
38 尹正杰

　　相信大家已经看到了一些端倪，我们先定义了一个“sayhi”函数，这个函数的功能就是将传入的字符串打印5遍，然后我们在主程序上调用的时候，发现在函数面前加"go"关键字时，就会打印输出，但是奇怪的是没有按照顺序打，它没有先打印五遍“尹正杰”然后在打印5遍“Golang”,而是函数执行结果是不规律的打印了两个字符串。这就是并发的效果，两个函数同事运行效果。这也是我们的并发之路的初体验。哈哈~

三.协程的局限性;

　　发现让两端代码同事运行貌似听起来很高大上的样子，但是有个局限性，就是当主进程结束后，协成也会跟着结束，其实这个很好理解，我们通过一段代码就知道了：

 1 /*
 2 #!/usr/bin/env gorun
 3 @author :yinzhengjie
 4 Blog:http://www.cnblogs.com/yinzhengjie/tag/GO%E8%AF%AD%E8%A8%80%E7%9A%84%E8%BF%9B%E9%98%B6%E4%B9%8B%E8%B7%AF/
 5 EMAIL:[email protected]
 6 */
 7 
 8 package main
 9 
10 import (
11     "time"
12     "fmt"
13 )
14 
15 func main() {
16     s := []int{2,7,1,6,4,3,11,15,17,5,8,9,12}
17     for _,n := range s{
18         go func(n int) { //定义一个匿名函数，并对该函数开启协程，每次循环都会开启一个协成，也就是说它开启了13个协程。
19             time.Sleep(time.Duration(n) * time.Second) /*表示每循环一次就需要睡1s，睡的总时间是由n来控制的，
20             总长度是由s切片数组中最大的一个数字决定，也就是说这个协成最少需要17秒才会结束哟*/
21             fmt.Println(n)
22         }(n)  //由于这个函数是匿名函数，所以调用方式就直接：（n）调用，不用输入函数名。
23     }
24     time.Sleep(12*time.Second) //主进程要执行的时间是12秒
25 }
26 
27 
28 
29 #以上代码执行结果如下：
30 1
31 2
32 3
33 4
34 5
35 6
36 7
37 8
38 9
39 11
40 12

　　是不是很神奇，直接就进行排序了，但是15和17没有在终端输出，为什么呢？这就是我所说的主进程结束，那么整个程序也终将结束，因为主程序的时间只有12s，如果你想让所有的数据都排序出来，就得把数字换成一个大于或等于17的，这样才会对所有的数字进行排序。因为协成13个协程都要执行完毕的话需要17s才好使。

四.锁；

1.为什么要引入锁；

　　在线上生活中，我们为了避免多个用户操作同一个文件，就会定义一个锁，为什么我们需要一个锁呢？我们可以看以下的案例：

 1 package main
 2 
 3 import (
 4     "time"
 5     "fmt"
 6 )
 7 
 8 type Accout struct {
 9     money int
10 }
11 
12 func (a *Accout) Do_Prepare() {
13     time.Sleep(time.Second)
14 }
15 
16 func (a *Accout) Get_Gongzi(n int) {
17     a.money += n
18 }
19 
20 func (a *Accout) Give_Wife(n int) {
21     if a.money > n {
22         a.Do_Prepare()
23         a.money -= n
24     }
25 }
26 
27 func (a *Accout) Buy(n int) {
28     if a.money >n {
29         a.Do_Prepare()
30         a.money -= n
31     }
32 }
33 
34 func (a *Accout) Left()int {
35     return a.money
36 }
37 
38 func main() {
39     var   account Accout
40     account.Get_Gongzi(10000)
41     go account.Give_Wife(6000)
42     go account.Buy(5000)
43     time.Sleep(2 * time.Second) //不能让主程序结束掉，因为主进程一结束go的协程也就跟着结束啦。
44     fmt.Println(account.Left())
45 }
46 
47 
48 
49 #以上代码执行结果如下：
50 -1000

　　估计大家都看出来端倪了，在让两个协程并发跑起来，发现你得到的10000块钱都让给花出去了，是不是老尴尬了，写的判断语句也是没有生效的，最终10000块钱的工资，它竟然花了11000，如果银行这么干早就倒闭了，哈哈~那么问题来了，如果解决这一种现象呢？目前有四种常见的处理方案即：互斥锁，读写锁和channel锁以及waitgroup等等。

2.互斥锁；

　　互斥锁是传统的并发程序对共享资源进行访问控制的主要手段。它由标准库代码包sync中的Mutex结构体类型代表。sync.Mutex类型（确切地说，是*sync.Mutex类型）只有两个公开方法——Lock和Unlock。顾名思义，前者被用于锁定当前的互斥量，而后者则被用来对当前的互斥量进行解锁。

 1 /*
 2 #!/usr/bin/env gorun
 3 @author :yinzhengjie
 4 Blog:http://www.cnblogs.com/yinzhengjie/tag/GO%E8%AF%AD%E8%A8%80%E7%9A%84%E8%BF%9B%E9%98%B6%E4%B9%8B%E8%B7%AF/
 5 EMAIL:[email protected]
 6 */
 7 
 8 package main
 9 
10 import (
11     "time"
12     "fmt"
13     "sync"
14 )
15 
16 
17 type Accout struct {
18     flag sync.Mutex
19     money int
20 }
21 
22 func (a *Accout) Do_Prepare() {
23     time.Sleep(time.Second)
24 }
25 
26 func (a *Accout) Get_Salary(n int) { //定义发的工资
27     a.money += n
28 }
29 
30 func (a *Accout) Give_Wife(n int) {  //上交给妻子的工资
31     a.flag.Lock()
32     defer a.flag.Unlock()
33     if a.money > n {
34         a.Do_Prepare()
35         a.money -= n
36     }else {
37         fmt.Println("您的余额已不足！请及时充值~")
38     }
39 }
40 
41 func (a *Accout) Buy(n int) {  //自己买的工资
42     a.flag.Lock()
43     defer a.flag.Unlock()
44     if a.money >n {
45         a.Do_Prepare()
46         a.money -= n
47     }else {
48         fmt.Println("您的余额已不足！请及时充值~")
49     }
50 }
51 
52 func (a *Accout) Left()int {
53     return a.money
54 }
55 
56 func main() {
57     var   account Accout
58     account.Get_Salary(10000)
59     go account.Give_Wife(6000)
60     go account.Buy(5000)
61     time.Sleep(2 * time.Second) //不能让主程序结束掉，因为主进程一结束go的协程也就跟着结束啦。
62     fmt.Printf("您的剩余工资是\033[31;1m%d\033[0m",account.Left())
63 
64 }
65 
66 
67 
68 #以上代码解析如下：
69 您的余额已不足！请及时充值~
70 您的剩余工资是4000

3.读写锁；

　　在Go语言中，读写锁由结构体类型sync.RWMutex代表。与互斥锁类似，sync.RWMutex类型的零值就已经是立即可用的读写锁了。

　　读写锁即是针对于读写操作的互斥锁。它与普通的互斥锁最大的不同就是，它可以分别针对读操作和写操作进行锁定和解锁操作。读写锁控制下的多个写操作之间都是互斥的，并且写操作与读操作之间也都是互斥的。但是，多个读操作之间却不存在互斥关系。

A.多个读操作之间却不存在互斥关系;

　　我们会发现读取操作没有存在互斥的关系。5个进程同事进行读取，最终都顺利并行跑完了。

 1 /*
 2 #!/usr/bin/env gorun
 3 @author :yinzhengjie
 4 Blog:http://www.cnblogs.com/yinzhengjie/tag/GO%E8%AF%AD%E8%A8%80%E7%9A%84%E8%BF%9B%E9%98%B6%E4%B9%8B%E8%B7%AF/
 5 EMAIL:[email protected]
 6 */
 7 
 8 package main
 9 
10 import (
11     "sync"
12     "time"
13 )
14 
15 var m *sync.RWMutex  //定义m的类型为读写锁。
16 
17 func main() {
18     m = new(sync.RWMutex)
19     go read("第一次读取：")  //开启5个协程进行读取操作。如果不能并发跑最少需要5秒钟时间。
20     go read("第二次读取：")
21     go read("第三次读取：")
22     go read("第四次读取：")
23     go read("第五次读取：")
24     time.Sleep(2* time.Second)  //主进程只有2s，意味着这个程序最多能运行2s的时间。
25 }
26 
27 func read(i string) {
28     println(i, "read start")
29     m.RLock()  //读锁定
30     println(i, "资料正在读取中....")
31     time.Sleep(1 * time.Second)  //改函数执行完毕最少需要睡1秒。
32     m.RUnlock() //读解锁
33     println(i, "read end")
34 }
35 
36 
37 
38 #以上代码执行结果如下：
39 第二次读取： read start
40 第二次读取： 资料正在读取中....
41 第一次读取： read start
42 第一次读取： 资料正在读取中....
43 第三次读取： read start
44 第三次读取： 资料正在读取中....
45 第四次读取： read start
46 第四次读取： 资料正在读取中....
47 第五次读取： read start
48 第五次读取： 资料正在读取中....
49 第一次读取： read end
50 第三次读取： read end
51 第二次读取： read end
52 第四次读取： read end
53 第五次读取： read end

B.读写锁控制下的多个写操作之间都是互斥的，并且写操作与读操作之间也都是互斥的;

　　我们发现，读的时候不能写，写的时候不能读，我们将主程序设置的时间是10秒钟，一次读两次写花费的总时间是12秒钟，因此肯定有一个是无法完成度或是写的部分。

 1 /*
 2 #!/usr/bin/env gorun
 3 @author :yinzhengjie
 4 Blog:http://www.cnblogs.com/yinzhengjie/tag/GO%E8%AF%AD%E8%A8%80%E7%9A%84%E8%BF%9B%E9%98%B6%E4%B9%8B%E8%B7%AF/
 5 EMAIL:[email protected]
 6 */
 7 
 8 package main
 9 
10 import (
11     "sync"
12     "time"
13 )
14 
15 var m *sync.RWMutex
16 
17 func read(i string) {
18     println(i, "read start")
19     m.RLock()
20     println(i, "资料正在读取中.....")
21     time.Sleep(4 * time.Second)
22     m.RUnlock()
23     println(i, "read end")
24 }
25 
26 func write(i string) {
27     println(i, "write start")
28     m.Lock() //写操作锁定
29     println(i, "数据正在写入硬盘中.....")
30     time.Sleep(4 * time.Second)
31     m.Unlock()  //写操作解锁
32     println(i, "write end")
33 }
34 
35 func main(){
36     m = new(sync.RWMutex)
37     go write("第一次写入") //写的时候啥都不能干,即其他协程无法写入，也无法读取。
38     go read("第一次读取")
39     go write("第二次写入")
40     time.Sleep(10 * time.Second) //主进程只给出10秒的时间，但是整个进程跑完最少需要12秒的时间。
41 }
42 
43 
44 
45 
46 #以上代码直接结果如下：
47 第一次写入 write start
48 第一次写入 数据正在写入硬盘中.....
49 第一次读取 read start
50 第二次写入 write start
51 第一次写入 write end
52 第一次读取 资料正在读取中.....
53 第一次读取 read end
54 第二次写入 数据正在写入硬盘中.....

4.channel锁;

　　channel锁的工作原理就是让2个协成互相通信，一会我们会详细介绍。

 1 /*
 2 #!/usr/bin/env gorun
 3 @author :yinzhengjie
 4 Blog:http://www.cnblogs.com/yinzhengjie/tag/GO%E8%AF%AD%E8%A8%80%E7%9A%84%E8%BF%9B%E9%98%B6%E4%B9%8B%E8%B7%AF/
 5 EMAIL:[email protected]
 6 */
 7 
 8 package main
 9 
10 import (
11     "time"
12     "fmt"
13     "sync"
14 )
15 
16 
17 type Accout struct {
18     flag sync.Mutex
19     money int
20 }
21 
22 func (a *Accout) Do_Prepare() {
23     time.Sleep(time.Second)
24 }
25 
26 func (a *Accout) Get_Gongzi(n int) {
27     a.money += n
28 }
29 
30 func (a *Accout) Give_Wife(n int) {
31     a.flag.Lock()
32     defer a.flag.Unlock()
33     if a.money > n {
34         a.Do_Prepare()
35         a.money -= n
36     }else {
37         fmt.Println("您的余额已不足，请及时充值！")
38     }
39 }
40 
41 func (a *Accout) Buy(n int) {
42     a.flag.Lock()
43     defer a.flag.Unlock()
44     if a.money >n {
45         a.Do_Prepare()
46         a.money -= n
47     }else {
48         fmt.Println("您的余额已不足，请及时充值！")
49     }
50 }
51 
52 func (a *Accout) Left()int {
53     return a.money
54 }
55 
56 func main() {
57     var   account Accout
58     account.Get_Gongzi(10000)
59 
60     var work_info  chan string
61     work_info = make(chan string ,2)  //定义一个channel
62 
63     go func() {
64         account.Give_Wife(6000)
65         work_info <- "I done"  //如果该进程执行完毕就发送一条数据给channel，下面的那个也一样
66     }()
67 
68     go func() {
69         account.Buy(50000)
70         work_info <- "I  have done too!"
71     }()
72 
73     cnt := 0
74     for i := range work_info {
75         fmt.Println(i)
76         cnt++ //每次循环都叠加1，当2个协程都工作完就让主程序结束。
77         if cnt >= 2 {
78             break
79         }
80 
81     }
82     defer close(work_info)
83     fmt.Printf("您的剩余工资是\033[31;1m%d\033[0m",account.Left())
84 }
85 
86 
87 
88 
89 #以上代码直接结果如下：
90 您的余额已不足，请及时充值！
91 I  have done too!
92 I done
93 您的剩余工资是4000

　　其实channel还有一个好处就是解决超时问题，就是如果在规定的时间没有完成进程的内容，我们就返回给用户超时的状态。以下是示例代码：

 1 /*
 2 #!/usr/bin/env gorun
 3 @author :yinzhengjie
 4 Blog:http://www.cnblogs.com/yinzhengjie/tag/GO%E8%AF%AD%E8%A8%80%E7%9A%84%E8%BF%9B%E9%98%B6%E4%B9%8B%E8%B7%AF/
 5 EMAIL:[email protected]
 6 */
 7 
 8 package main
 9 
10 import (
11     "time"
12     "fmt"
13     "sync"
14 )
15 
16 
17 type Accout struct {
18     flag sync.Mutex
19     money int
20 }
21 
22 func (a *Accout) Do_Prepare() {
23     time.Sleep(time.Second)
24 }
25 
26 func (a *Accout) Get_Gongzi(n int) {
27     a.money += n
28 }
29 
30 func (a *Accout) Give_Wife(n int) {
31     a.flag.Lock()
32     defer a.flag.Unlock()
33     if a.money > n {
34         a.Do_Prepare()
35         a.money -= n
36     }else {
37         fmt.Println("您的余额已不足，请及时充值！")
38     }
39 }
40 
41 func (a *Accout) Buy(n int) {
42     a.flag.Lock()
 
                       
                    
                     
                      



鲜花




握手




雷人




路过




鸡蛋