Go 并发控制 - 码农教程

前言

提到Go语言的并发，就不得不提goroutine，其作为Go语言的一大特色，在日常开发中使用很多。

在日常应用场景就会涉及一个goroutine启动或结束，启动一个goroutine很简单只需要在函数前面加关键词go即可，而由于每个goroutine都是独立运行的，其退出有自身决定的，除非main主程序结束或程序崩溃的情况发生。

那么，如何控制goroutine或者说通知goroutine结束运行呢？

解决的方式其实很简单，那就是想办法和goroutine通讯，通知goroutine什么时候结束，goroutine结束也可以通知其他goroutine或main主程序。

并发控制方法主要有：

全局变量

channel

WaitGroup

context

全局变量

这是并发控制最简单的实现方式

1、声明一个全局变量。

2、所有子goroutine共享这个变量，并不断轮询这个变量检查是否有更新；

3、在主进程中变更该全局变量；

4、子goroutine检测到全局变量更新，执行相应的逻辑。

示例

package main

import (
   "fmt"
   "time"
)

func main() {
   open := true
   go func() {
      for open {
         println("goroutineA running")
         time.Sleep(1 * time.Second)
      }
      println("goroutineA exit")
   }()
   go func() {
      for open {
         println("goroutineB running")
         time.Sleep(1 * time.Second)
      }
      println("goroutineB exit")
   }()
   time.Sleep(2 * time.Second)
   open = false
   time.Sleep(2 * time.Second)
   fmt.Println("main fun exit")
}

输出

goroutineA running goroutineB running goroutineA running goroutineB running goroutineB running goroutineA exit goroutineB exit main fun exit

这种实现方式

优点：实现简单。

缺点：适用一些逻辑简单的场景，全局变量的信息量比较少，为了防止不同goroutine同时修改变量需要用到加锁来解决。

channel

channel是goroutine之间主要的通讯方式，一般会和select搭配使用。

如想了解channel实现原理可参考

https://github.com/guyan0319/...

1、声明一个stop的chan。

2、在goroutine中，使用select判断stop是否可以接收到值，如果可以接收到，就表示可以退出停止了；如果没有接收到，就会执行default里逻辑。直到收到stop的通知。

3、主程序发送了stop<- true结束的指令后。

4、子goroutine接到结束指令case <-stop退出return。

示例

package main

import (
   "fmt"
   "time"
)

func main() {
   stop := make(chan bool)
   go func() {
      for {
         select {
         case <-stop:
            fmt.Println("goroutine exit")
            return
         default:
            fmt.Println("goroutine running")
            time.Sleep(1 * time.Second)
         }
      }
   }()
   time.Sleep(2 * time.Second)
   stop <- true
   time.Sleep(2 * time.Second)
   fmt.Println("main fun exit")
}

输出

goroutine running goroutine running goroutine running goroutine exit main fun exit

这种select+chan是一种比较优雅的并发控制方式，但也有局限性，如多个goroutine 需要结束，以及嵌套goroutine 的场景。

WaitGroup

Go语言提供同步包（sync），源码（src/sync/waitgroup.go）。

Sync包同步提供基本的同步原语，如互斥锁。除了Once和WaitGroup类型之外，大多数类型都是供低级库例程使用的。通过Channel和沟通可以更好地完成更高级别的同步。并且此包中的值在使用过后不要拷贝。

Sync.WaitGroup是一种实现并发控制方式，WaitGroup 对象内部有一个计数器，最初从0开始，它有三个方法：Add(), Done(), Wait() 用来控制计数器的数量。

Add(n) 把计数器设置为n 。
Done() 每次把计数器-1 。
wait() 会阻塞代码的运行，直到计数器地值减为0。

示例

package main

import (
   "fmt"
   "sync"
   "time"
)

func main() {
   //定义一个WaitGroup
   var wg sync.WaitGroup
   //计数器设置为2
   wg.Add(2)
   go func() {
      time.Sleep(2 * time.Second)
      fmt.Println("goroutineA finish")
      //计数器减1
      wg.Done()
   }()
   go func() {
      time.Sleep(2 * time.Second)
      fmt.Println("goroutineB finish")
      //计数器减1
      wg.Done()
   }()
   //会阻塞代码的运行，直到计数器地值减为0。
   wg.Wait()
   time.Sleep(2 * time.Second)
   fmt.Println("main fun exit")
}

这种控制并发的方式适用于，好多个goroutine协同做一件事情的时候，因为每个goroutine做的都是这件事情的一部分，只有全部的goroutine都完成，这件事情才算是完成，这是等待的方式。WaitGroup相对于channel并发控制方式比较轻巧。

注意：

1、计数器不能为负值

2、WaitGroup对象不是一个引用类型

Context

应用场景：在 Go http 包的 Server 中，每个Request都需要开启一个goroutine做一些事情，这些goroutine又可能会开启其他的goroutine。所以我们需要一种可以跟踪goroutine的方案，才可以达到控制他们的目的，这就是Go语言为我们提供的Context，称之为上下文。

控制并发的实现方式：

1、 context.Background():返回一个空的Context，这个空的Context一般用于整个Context树的根节点。

2、context.WithCancel(context.Background())，创建一个可取消的子Context，然后当作参数传给goroutine使用，这样就可以使用这个子Context跟踪这个goroutine。

3、在goroutine中，使用select调用<-ctx.Done()判断是否要结束，如果接收到值的话，就可以返回结束goroutine了；如果接收不到，就会继续进行监控。

4、cancel()，取消函数（context.WithCancel（）返回的第二个参数，名字和声明的名字一致）。作用是给goroutine发送结束指令。

示例：

package main

import (
   "fmt"
   "time"
   "golang.org/x/net/context"
)

func main() {
   //创建一个可取消子context,context.Background():返回一个空的Context，这个空的Context一般用于整个Context树的根节点。
   ctx, cancel := context.WithCancel(context.Background())
   go func(ctx context.Context) {
      for {
         select {
         //使用select调用<-ctx.Done()判断是否要结束
         case <-ctx.Done():
            fmt.Println("goroutine exit")
            return
         default:
            fmt.Println("goroutine running.")
            time.Sleep(2 * time.Second)
         }
      }
   }(ctx)

   time.Sleep(10 * time.Second)
   fmt.Println("main fun exit")
   //取消context
   cancel()
   time.Sleep(5 * time.Second)

}

输出：

goroutine running. goroutine running. goroutine running. goroutine running. goroutine running. main fun exit goroutine exit

如果想控制多个goroutine ，也很简单。

示例

package main

import (
   "fmt"
   "time"
   "golang.org/x/net/context"
)

func main() {
   //创建一个可取消子context,context.Background():返回一个空的Context，这个空的Context一般用于整个Context树的根节点。
   ctx, cancel := context.WithCancel(context.Background())
   ctxTwo, cancelTwo := context.WithCancel(context.Background())
   go func(ctx context.Context) {
      for {
         select {
         //使用select调用<-ctx.Done()判断是否要结束
         case <-ctx.Done():
            fmt.Println("goroutineA exit")
            return
         default:
            fmt.Println("goroutineA running.")
            time.Sleep(2 * time.Second)
         }
      }
   }(ctx)
   go func(ctx context.Context) {
      for {
         select {
         //使用select调用<-ctx.Done()判断是否要结束
         case <-ctx.Done():
            fmt.Println("goroutineB exit")
            return
         default:
            fmt.Println("goroutineB running.")
            time.Sleep(2 * time.Second)
         }
      }
   }(ctx)
   go func(ctxTwo context.Context) {
      for {
         select {
         //使用select调用<-ctx.Done()判断是否要结束
         case <-ctxTwo.Done():
            fmt.Println("goroutineC exit")
            return
         default:
            fmt.Println("goroutineC running.")
            time.Sleep(2 * time.Second)
         }
      }
   }(ctxTwo)

   time.Sleep(4 * time.Second)
   fmt.Println("main fun exit")
   //取消context
   cancel()
   cancelTwo()
   time.Sleep(5 * time.Second)

}

结果：

goroutineA running. goroutineB running. goroutineC running. goroutineB running. goroutineC running. goroutineA running. goroutineC running. goroutineA running. goroutineB running. main fun exit goroutineC exit goroutineA exit goroutineB exit

context还适用于更复杂的场景，如主动取消goroutine或goroutine定时取消等。context接口除了func WithCancel(parent Context) (ctx Context, cancel CancelFunc)，还有衍生以下方法

func WithDeadline(parent Context, deadline time.Time) (Context, CancelFunc)：此函数返回其父项的派生 context，当截止日期超过或取消函数被调用时，该 context 将被取消。例如，您可以创建一个将在以后的某个时间自动取消的 context，并在子函数中传递它。当因为截止日期耗尽而取消该 context 时，获此 context 的所有函数都会收到通知去停止运行并返回。
func WithTimeout(parent Context, timeout time.Duration) (Context, CancelFunc)：此函数类似于 context.WithDeadline。不同之处在于它将持续时间作为参数输入而不是时间对象。此函数返回派生 context，如果调用取消函数或超出超时持续时间，则会取消该派生 context。
func WithValue(parent Context, key, val interface{}) Context：此函数接收 context 并返回派生 context，其中值 val 与 key 关联，并通过 context 树与 context 一起传递。这意味着一旦获得带有值的 context，从中派生的任何 context 都会获得此值。不建议使用 context 值传递关键参数，而是函数应接收签名中的那些值，使其显式化。

有兴趣的同学请阅读：https://studygolang.com/pkgdoc

参考：

https://tutorialedge.net/gola...

http://goinbigdata.com/golang...

https://medium.com/code-zen/c...

https://blog.csdn.net/u013029...