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go 语言的并发模型

2018-10-21 杜世伟 go

Go语言的并发模型基于CSP（Communicating Sequential Processes）通信顺序进程模型，通过goroutine和channel来实现并发。Go语言的设计者希望并发成为一种简洁、高效、易于使用的机制，因此它的并发模型具备轻量、简单、安全等特点。

以下是Go语言并发模型的几个核心概念：

1. Goroutine
Goroutine是Go语言的并发执行单元，类似于线程，但它比线程更轻量。Go的运行时调度器会负责管理成千上万的goroutine，而不会给系统带来沉重的负担。

特点：

轻量：Goroutine的启动成本非常低，初始栈大小只有几KB，而不是线程的几MB。并且，栈会根据需要动态增长。

高效调度：Go的调度器会自动把goroutine分布在不同的操作系统线程上执行，程序员无需手动管理。

简单启动：通过使用关键字go，可以轻松启动一个新的goroutine。例如：

go someFunction()

2. Channel
Channel是Go语言中用来在goroutine之间传递数据的通信机制。它是类型安全的，可以通过它将一个goroutine中的数据传递到另一个goroutine。

特点：

类型安全：每个channel只能传递一种类型的数据，这种类型在定义channel时指定。

阻塞通信：默认情况下，发送和接收操作都是阻塞的。也就是说，发送操作会等待接收方准备好，接收操作会等待发送方准备好。这确保了数据传递的同步性，避免了传统并发编程中的竞态条件问题。

无缓冲和有缓冲：Channel可以是无缓冲的（阻塞模式），也可以是有缓冲的（异步模式）。无缓冲channel要求发送和接收必须同时准备好，有缓冲channel则允许发送方在接收方未准备好时先发送数据。
创建无缓冲channel：
ch := make(chan int)

创建有缓冲channel：

ch := make(chan int, 10) // 容量为10

3. Select
select语句用于在多个channel操作中进行选择，类似于多路复用器。当多个channel都有数据准备好时，select会随机选择一个进行操作。

特点：

可以等待多个channel的操作。
在有多个channel可用时，它会随机选择一个进行操作，这有助于避免偏向某个特定的channel。
示例：

select {
case msg1 := <-ch1:
    fmt.Println("received", msg1)
case msg2 := <-ch2:
    fmt.Println("received", msg2)
default:
    fmt.Println("no message received")

}

4. Mutex 和 WaitGroup
除了channel，Go语言还提供了传统的同步机制，比如互斥锁（Mutex）和等待组（WaitGroup），用于细粒度的并发控制。

Mutex：用来实现共享资源的加锁与解锁，防止多个goroutine同时访问共享资源时发生竞态条件。

var mu sync.Mutex
mu.Lock()
// 访问共享资源
mu.Unlock()
WaitGroup：用于等待一组goroutine的完成。它提供了一个简便的方式来等待多个goroutine完成工作。

var wg sync.WaitGroup
wg.Add(2)

go func() {
    defer wg.Done()
    // do something
}()

go func() {
    defer wg.Done()
    // do something
}()

wg.Wait() // 等待所有的goroutine完成

Go 并发模型的优势

简化并发编程：Go通过goroutine和channel简化了并发编程的复杂性。相比传统的线程编程，Go让并发更容易理解和实现，避免了显式的线程管理和复杂的锁机制。

轻量高效：goroutine的启动和切换成本远低于操作系统线程，使得Go程序能够轻松并发大量任务。

安全的通信机制：通过channel在goroutine之间传递数据，有效避免了共享内存带来的竞态条件问题。Go的设计哲学是“不要通过共享内存来通信，而是通过通信来共享内存”。

CSP模型解释
CSP模型提倡进程通过通信来共享数据，而不是通过共享内存。Go语言遵循这一思想，鼓励开发者用goroutine来处理任务，用channel来进行通信。这种设计避免了多个goroutine直接访问共享变量，从而减少了竞态条件的可能性。

总的来说，Go语言的并发模型通过轻量的goroutine和安全的channel通信，结合传统的同步机制，提供了一种简单、高效、安全的并发编程方式。

标签: go Goroutine Channel