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进程,线程的概念在操作系统的书上已经有详细的介绍。进程是内存资源管理和cpu调度的执行单元。为了有效利用多核处理器的优势,将进程进一步细分,允许一个进程里存在多个线程,这多个线程还是共享同一片内存空间,但cpu调度的最小单元变成了线程。
那协程又是什么东西,以及与线程的差异性??
协程,可以看作是轻量级的线程。但与线程不同的是,线程的切换是由操作系统控制的,而协程的切换则是由用户控制的。
最早支持协程的程序语言应该是lisp方言scheme里的continuation(续延),续延允许scheme保存任意函数调用的现场,保存起来并重新执行。Lua,C#,python等语言也有自己的协程实现。
go的goroutinue
今天要讲的goroutinue,本质上就是协程。但有两点不同:
1. goroutinue可以实现并行,也就是说,多个协程可以在多个处理器同时跑。而协程同一时刻只能在一个处理器上跑(把宿主语言想象成单线程的就好了)。2. goroutine之间的通信是通过channel,而协程的通信是通过yield和resume()操作。
在Go里实现goroutine非常简单,只需要在函数的调用前面加关键字go即可,
go doSth()
下面的例子演示,启动10个goroutines分别打印索引。
package mainimport ("fmt""time" )func main() { for i:=1;i<10;i++ { go func(i int) { fmt.Println(i) }(i) } //暂停一会,保证打印全部结束 time.Sleep(1e9)}
在分析goroutine执行的随机性和并发性,把goroutine看作是java的守护线程是完全可以的。上面的例子中,启动了10个goroutine,再加上main函数的主goroutine,总共有11个goroutines。由于goroutine类似于”守护线程“,如果主goroutine不等待片刻,可能程序就没有输出打印了。上面的例子输出如下:(输出的索引是完全随机的)
go的channel
在java的世界里,并发主要是靠锁住临界资源(共享内存)来保证同步的。而channel则是goroutinues之间进行通信的利器。
channel可以形象比喻为工厂里的传送带,一头的生产者goroutine往传输带放东西,另一头的消费者goroutinue则从输送带取东西。channel实际上是一个有类型的消息队列,遵循先进先出的特点。
1. channel的操作符号
ch <- ele 表示ele被发送给channel ch;
ele2 <- ch 表示从channel ch取一个值,然后赋给ele2
2. 阻塞式channel
channel默认是没有缓冲区的,也就是说,通信是阻塞的。send操作必须等到有消费者accept才算完成。
举个栗子
package mainimport "fmt"func main() { ch1 := make(chan int) go pump(ch1) // pump hangs fmt.Println(<-ch1) // prints only 0}func pump(ch chan int) { for i:= 0; ; i++ { ch <- i }}
上面代码pump()里的channel在接受到第一个元素后就被阻塞了,直到主goroutinue拿走了数据。最终channel阻塞在接受第二个元素,程序只打印 0
3 带有buff的channel
没有buff的channel只能容纳一个元素,而带有buff的channel则可以非阻塞容纳N个元素。发送数据到buffed channel不会被阻塞,除非channel已满;同样的,从buffed channel取数据也不会被阻塞,除非channel空了。这有点像java的ConcurrentLinkedQueue。
goroutine和channel的应用
结合goroutine和channel,可以模拟出java处理并发情况的若干情景
1. 实现future
package mainimport "fmt"import "time"func main() { future := heavyCalculation() fmt.Println(<-future)}func heavyCalculation() (chan int) { future := make(chan int) go func() { //模拟耗时计算 time.Sleep(1e9) future <- 666 }() return future}
2. 实现CountDownLatch
package mainimport "fmt"func main() { nTask := 5 ch := make(chan int) for i:=1;i<=nTask;i++ { go doTask(ch) } for i:=1;i<=nTask;i++ { <-ch } fmt.Println("finished all tasks")}func doTask(ch chan<- int) { //doSth... ch<- 0}
3. 并发访问对象
Hashtable是线程安全的,意味着多条线程同时操作hashtable对象是不会引起状态不一致的。查看Hashtable源代码可知,其几乎全部方法都添加synchronized关键字,例如put(),remove()操作。在go里,我们可以在对象内部保存一个函数类型的channel,涉及对象状态的操作都放入channel里,对象初始化的时候开启一条goroutinue,不停地执行匿名函数。
package mainimport ("fmt""strconv""time" )type Person struct { Name string salary float64 chF chan func()}func NewPerson(name string, salary float64) *Person { p := &Person{name, salary, make(chan func())} go p.backend() return p}func (p *Person) backend() { for f := range p.chF { f() }}func (p *Person) AddSalary(sal float64) { p.chF <- func() { p.salary += sal } // (ThreadSafe) // p.salary += sal (NotThreadSafe)}func (p *Person) ReduceSalary(sal float64) { p.chF <- func() { p.salary -= sal } // (ThreadSafe) // p.salary -= sal (NotThreadSafe)}func (p *Person) Salary() float64 { fChan := make(chan float64) p.chF <- func() { fChan <- p.salary } return <-fChan}func (p *Person) String() string { return p.Name + " - salary is: " + strconv.FormatFloat(p.Salary(), 'f', 2, 64)}func main() { p := NewPerson("Kingston", 8888.8) fmt.Println(p) for i:=1;i<=500;i++ { go func() { p.AddSalary(1); }() } for i:=1;i<=500;i++ { go func() { p.ReduceSalary(1); }() } time.Sleep(3e9) fmt.Println("After changed:") fmt.Println(p)}
4. 生产者消费者模式
每次涉及到并发情景,都喜欢用生产者消费者模式,因为它太经典啦
2个面包师同时生产面包,5个顾客同时取面包(尽管以下例子的打印不能说明并发的真实情况,因为channel的操作和打印的组合不是原子操作,但不影响程序的逻辑)
package mainimport ("fmt""time")func main() { bread := make(chan int,3) for i:=1;i<=2;i++ { go produce(bread) } for i:=1;i<=5;i++ { go consume(bread) } time.Sleep(1e9)}func produce(ch chan<- int) { for { ch <- 1 fmt.Println("produce bread") time.Sleep(100 * time.Millisecond) }}func consume(ch <-chan int) { for { <-ch fmt.Println("take bread") time.Sleep(200 * time.Millisecond) }}
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