高并发系统基础技术 | 青训营笔记

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高并发系统是指能够处理大量并发请求的系统,其设计和实现需要考虑很多方面,包括但不限于架构设计、负载均衡、数据分片、缓存、队列、分布式存储和服务治理等。Golang 作为一门并发性能非常强大的语言,很适合用来构建高并发系统。本篇笔记将介绍一些 Golang 中实现高并发系统的常用技术,并结合代码案例进行说明。

高并发系统基础技术

1. Goroutine 和 Channel

Goroutine 是 Golang 中轻量级线程的实现,可以在单个操作系统线程上实现成千上万的 Goroutine。Goroutine 的启动非常简单,只需要在函数调用前加上关键字 go 即可,如下所示:

go func() {
    // 业务逻辑代码
}()

Channel 是 Golang 中用来实现 Goroutine 之间通信的机制。Channel 可以实现 Goroutine 之间的同步和异步通信,而且在实现高并发系统时非常重要。在 Golang 中,通过关键字 chan 来定义 Channel,如下所示:

ch := make(chan int)

2. 并发安全数据结构

在高并发系统中,对于一些需要被多个 Goroutine 访问的共享数据,需要使用并发安全的数据结构来保证数据的正确性和一致性。常用的并发安全数据结构有 sync.Map(并发安全的 map)、sync.Mutex(互斥锁)和 sync.WaitGroup(等待组)等。以 sync.Map 为例,示例代码如下

var m sync.Map

func main() {
    m.Store("key", "value")
    val, ok := m.Load("key")
    if ok {
        fmt.Println(val)
    }
}

3. 内存模型

Golang 中的内存模型采用的是顺序一致性模型,即所有 Goroutine 看到的执行顺序都是一致的。因此,在编写高并发系统时,需要考虑 Goroutine 之间的并发问题,比如数据竞争等。可以使用互斥锁、读写锁和原子操作等机制来避免并发问题。

4. Context

Context 是 Golang 中用于控制 Goroutine 生命周期、传递请求范围变量和控制请求超时的机制。在实现高并发系统时,使用 Context 可以很好地控制 Goroutine 的生命周期和避免资源泄漏等问题。下面是一个使用 Context 控制请求超时的示例代码:

func handler(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
    ctx, cancel := context.WithTimeout(context.Background(), 5*time.Second)
    defer cancel()

    ch := make(chan int)
    go func() {    // 业务逻辑代码    ch <- 1 }() select { case <-ch:    // 业务逻辑代码执行完毕 case <-ctx.Done():    // 请求超时,取消业务逻辑执行 }}

微服务架构是一种将应用程序拆分成多个小型服务的架构,每个服务可以独立部署、独立扩展和独立升级。在微服务架构中,高并发系统基石的实现和应用更加复杂,因为需要考虑多个服务之间的调用和协作问题。

负载均衡是指将请求分发到多个服务实例中,以达到负载均衡和高可用的目的。在微服务架构中,通常使用代理服务来实现负载均衡。Golang 中有很多优秀的代理服务实现,比如 Nginx 和 Haproxy 等。以 Nginx 为例,可以使用如下配置来实现负载均衡: