今天就跟大家聊聊有關(guān)go語言中協(xié)程的實(shí)現(xiàn)機(jī)制，可能很多人都不太了解，為了讓大家更加了解，小編給大家總結(jié)了以下內(nèi)容，希望大家根據(jù)這篇文章可以有所收獲。

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協(xié)程（coroutine）是Go語言中的輕量級(jí)線程實(shí)現(xiàn)，由Go運(yùn)行時(shí)（runtime）管理。

在一個(gè)函數(shù)調(diào)用前加上go關(guān)鍵字，這次調(diào)用就會(huì)在一個(gè)新的goroutine中并發(fā)執(zhí)行。當(dāng)被調(diào)用的函數(shù)返回時(shí)，這個(gè)goroutine也自動(dòng)結(jié)束。需要注意的是，如果這個(gè)函數(shù)有返回值，那么這個(gè)返回值會(huì)被丟棄。

先看下面的例子：

func Add(x, y int) {
    z := x + y
    fmt.Println(z)
}

func main() {
    for i:=0; i<10; i++ {
        go Add(i, i)
    }
}

執(zhí)行上面的代碼，會(huì)發(fā)現(xiàn)屏幕什么也沒打印出來，程序就退出了。

對(duì)于上面的例子，main()函數(shù)啟動(dòng)了10個(gè)goroutine，然后返回，這時(shí)程序就退出了，而被啟動(dòng)的執(zhí)行Add()的goroutine沒來得及執(zhí)行。我們想要讓main()函數(shù)等待所有g(shù)oroutine退出后再返回，但如何知道goroutine都退出了呢？這就引出了多個(gè)goroutine之間通信的問題。

在工程上，有兩種最常見的并發(fā)通信模型：共享內(nèi)存和消息。

來看下面的例子，10個(gè)goroutine共享了變量counter，每個(gè)goroutine執(zhí)行完成后，將counter值加1.因?yàn)?0個(gè)goroutine是并發(fā)執(zhí)行的，所以我們還引入了鎖，也就是代碼中的lock變量。在main()函數(shù)中，使用for循環(huán)來不斷檢查counter值，當(dāng)其值達(dá)到10時(shí)，說明所有g(shù)oroutine都執(zhí)行完畢了，這時(shí)main()返回，程序退出。

package main
import (
    "fmt"
    "sync"
    "runtime"
)

var counter int = 0

func Count(lock *sync.Mutex) {
    lock.Lock()
    counter++
    fmt.Println("counter =", counter)
    lock.Unlock()
}


func main() {

    lock := &sync.Mutex{}

    for i:=0; i<10; i++ {
        go Count(lock)
    }

    for {
        lock.Lock()

        c := counter

        lock.Unlock()

        runtime.Gosched()　　　　// 出讓時(shí)間片

        if c >= 10 {
            break
        }
    }
}

上面的例子，使用了鎖變量（屬于一種共享內(nèi)存）來同步協(xié)程，事實(shí)上Go語言主要使用消息機(jī)制（channel）來作為通信模型。

channel

消息機(jī)制認(rèn)為每個(gè)并發(fā)單元是自包含的、獨(dú)立的個(gè)體，并且都有自己的變量，但在不同并發(fā)單元間這些變量不共享。每個(gè)并發(fā)單元的輸入和輸出只有一種，那就是消息。

channel是Go語言在語言級(jí)別提供的goroutine間的通信方式，我們可以使用channel在多個(gè)goroutine之間傳遞消息。channel是進(jìn)程內(nèi)的通信方式，因此通過channel傳遞對(duì)象的過程和調(diào)用函數(shù)時(shí)的參數(shù)傳遞行為比較一致，比如也可以傳遞指針等。
channel是類型相關(guān)的，一個(gè)channel只能傳遞一種類型的值，這個(gè)類型需要在聲明channel時(shí)指定。

channel的聲明形式為：

var chanName chan ElementType

舉個(gè)例子，聲明一個(gè)傳遞int類型的channel：

var ch chan int

使用內(nèi)置函數(shù)make()定義一個(gè)channel：

ch := make(chan int)

在channel的用法中，最常見的包括寫入和讀出：

// 將一個(gè)數(shù)據(jù)value寫入至channel，這會(huì)導(dǎo)致阻塞，直到有其他goroutine從這個(gè)channel中讀取數(shù)據(jù)
ch <- value

// 從channel中讀取數(shù)據(jù)，如果channel之前沒有寫入數(shù)據(jù)，也會(huì)導(dǎo)致阻塞，直到channel中被寫入數(shù)據(jù)為止
value := <-ch

默認(rèn)情況下，channel的接收和發(fā)送都是阻塞的，除非另一端已準(zhǔn)備好。

我們還可以創(chuàng)建一個(gè)帶緩沖的channel：

c := make(chan int, 1024)

// 從帶緩沖的channel中讀數(shù)據(jù)
for i:=range c {
　　...
}

此時(shí)，創(chuàng)建一個(gè)大小為1024的int類型的channel，即使沒有讀取方，寫入方也可以一直往channel里寫入，在緩沖區(qū)被填完之前都不會(huì)阻塞。

可以關(guān)閉不再使用的channel：

close(ch)

應(yīng)該在生產(chǎn)者的地方關(guān)閉channel，如果在消費(fèi)者的地方關(guān)閉，容易引起panic；

在一個(gè)已關(guān)閉 channel 上執(zhí)行接收操作(<-ch)總是能夠立即返回，返回值是對(duì)應(yīng)類型的零值。

現(xiàn)在利用channel來重寫上面的例子：

func Count(ch chan int) {
    ch <- 1
    fmt.Println("Counting")
}

func main() {

    chs := make([] chan int, 10)

    for i:=0; i<10; i++ {
        chs[i] = make(chan int)
        go Count(chs[i])
    }

    for _, ch := range(chs) {
        <-ch
    }
}

在這個(gè)例子中，定義了一個(gè)包含10個(gè)channel的數(shù)組，并把數(shù)組中的每個(gè)channel分配給10個(gè)不同的goroutine。在每個(gè)goroutine完成后，向goroutine寫入一個(gè)數(shù)據(jù)，在這個(gè)channel被讀取前，這個(gè)操作是阻塞的。

在所有的goroutine啟動(dòng)完成后，依次從10個(gè)channel中讀取數(shù)據(jù)，在對(duì)應(yīng)的channel寫入數(shù)據(jù)前，這個(gè)操作也是阻塞的。這樣，就用channel實(shí)現(xiàn)了類似鎖的功能，并保證了所有g(shù)oroutine完成后main()才返回。

另外，我們?cè)趯⒁粋€(gè)channel變量傳遞到一個(gè)函數(shù)時(shí)，可以通過將其指定為單向channel變量，從而限制該函數(shù)中可以對(duì)此channel的操作。

單向channel變量的聲明：

var ch2 chan int  　　　　// 普通channel
var ch3 chan <- int 　　 // 只用于寫int數(shù)據(jù)
var ch4 <-chan int 　　 // 只用于讀int數(shù)據(jù)

可以通過類型轉(zhuǎn)換，將一個(gè)channel轉(zhuǎn)換為單向的：

ch5 := make(chan int)
ch6 := <-chan int(ch5)   // 單向讀
ch7 := chan<- int(ch5)  //單向?qū)?/pre>
單向channel的作用有點(diǎn)類似于c++中的const關(guān)鍵字，用于遵循代碼“最小權(quán)限原則”。
例如在一個(gè)函數(shù)中使用單向讀channel：
func Parse(ch <-chan int) {
    for value := range ch {
        fmt.Println("Parsing value", value) 
    }
}
channel作為一種原生類型，本身也可以通過channel進(jìn)行傳遞，例如下面這個(gè)流式處理結(jié)構(gòu)：
type PipeData struct {
    value int
    handler func(int) int
    next chan int
}

func handle(queue chan *PipeData) {
    for data := range queue {
        data.next <- data.handler(data.value)
    }
}
select
在UNIX中，select()函數(shù)用來監(jiān)控一組描述符，該機(jī)制常被用于實(shí)現(xiàn)高并發(fā)的socket服務(wù)器程序。Go語言直接在語言級(jí)別支持select關(guān)鍵字，用于處理異步IO問題，大致結(jié)構(gòu)如下：
select {
    case <- chan1:
    // 如果chan1成功讀到數(shù)據(jù)
    
    case chan2 <- 1:
    // 如果成功向chan2寫入數(shù)據(jù)

    default:
    // 默認(rèn)分支
}
select默認(rèn)是阻塞的，只有當(dāng)監(jiān)聽的channel中有發(fā)送或接收可以進(jìn)行時(shí)才會(huì)運(yùn)行，當(dāng)多個(gè)channel都準(zhǔn)備好的時(shí)候，select是隨機(jī)的選擇一個(gè)執(zhí)行的。
Go語言沒有對(duì)channel提供直接的超時(shí)處理機(jī)制，但我們可以利用select來間接實(shí)現(xiàn)，例如：
timeout := make(chan bool, 1)

go func() {
    time.Sleep(1e9)
    timeout <- true
}()

switch {
    case <- ch:
    // 從ch中讀取到數(shù)據(jù)

    case <- timeout:
    // 沒有從ch中讀取到數(shù)據(jù)，但從timeout中讀取到了數(shù)據(jù)
}
這樣使用select就可以避免永久等待的問題，因?yàn)槌绦驎?huì)在timeout中獲取到一個(gè)數(shù)據(jù)后繼續(xù)執(zhí)行，而無論對(duì)ch的讀取是否還處于等待狀態(tài)。
并發(fā)
早期版本的Go編譯器并不能很智能的發(fā)現(xiàn)和利用多核的優(yōu)勢(shì)，即使在我們的代碼中創(chuàng)建了多個(gè)goroutine，但實(shí)際上所有這些goroutine都允許在同一個(gè)CPU上，在一個(gè)goroutine得到時(shí)間片執(zhí)行的時(shí)候其它goroutine都會(huì)處于等待狀態(tài)。
實(shí)現(xiàn)下面的代碼可以顯式指定編譯器將goroutine調(diào)度到多個(gè)CPU上運(yùn)行。
import "runtime"...
runtime.GOMAXPROCS(4)
PS：runtime包中有幾個(gè)處理goroutine的函數(shù)，
調(diào)度
Go調(diào)度的幾個(gè)概念：
M：內(nèi)核線程；
G：go routine，并發(fā)的最小邏輯單元，由程序員創(chuàng)建；
P：處理器，執(zhí)行G的上下文環(huán)境，每個(gè)P會(huì)維護(hù)一個(gè)本地的go routine隊(duì)列；
除了每個(gè)P擁有一個(gè)本地的go routine隊(duì)列外，還存在一個(gè)全局的go routine隊(duì)列。
具體調(diào)度原理：
1、P的數(shù)量在初始化由GOMAXPROCS決定；
2、我們要做的就是添加G；
3、G的數(shù)量超出了M的處理能力，且還有空余P的話，runtime就會(huì)自動(dòng)創(chuàng)建新的M；
4、M拿到P后才能干活，取G的順序：本地隊(duì)列>全局隊(duì)列>其他P的隊(duì)列，如果所有隊(duì)列都沒有可用的G，M會(huì)歸還P并進(jìn)入休眠；
一個(gè)G如果發(fā)生阻塞等事件會(huì)進(jìn)行阻塞，如下圖：
G發(fā)生上下文切換條件：
系統(tǒng)調(diào)用；
讀寫channel；
gosched主動(dòng)放棄，會(huì)將G扔進(jìn)全局隊(duì)列；
如上圖，一個(gè)G發(fā)生阻塞時(shí)，M0讓出P，由M1接管其任務(wù)隊(duì)列；當(dāng)M0執(zhí)行的阻塞調(diào)用返回后，再將G0扔到全局隊(duì)列，自己則進(jìn)入睡眠（沒有P了無法干活）；
看完上述內(nèi)容，你們對(duì)go語言中協(xié)程的實(shí)現(xiàn)機(jī)制有進(jìn)一步的了解嗎？如果還想了解更多相關(guān)內(nèi)容，歡迎關(guān)注創(chuàng)新互聯(lián)行業(yè)資訊頻道，感謝各位的閱讀。
            

                名稱欄目：go語言中協(xié)程的實(shí)現(xiàn)機(jī)制
                

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