Go语言快速之谜

走入并发编程

执行原理

并发模型： Go 语言内置了强大的并发支持，通过轻量级的协程（goroutine）和通道（channel）机制，使得编写并发程序变得非常容易和高效。协程比传统的线程更加轻量级，创建和销毁的开销很小，可以轻松创建成千上万个协程来并发执行任务，而不会像线程那样给系统带来过大的资源负担。同时，通道提供了一种安全、高效的方式来在协程之间进行通信和同步，避免了共享内存带来的并发问题（如数据竞争等），使得并发程序的编写更加简洁和可靠。这种高效的并发模型使得 Go 语言能够充分利用多核处理器的优势，提高程序的执行效率，尤其是在处理大量并发任务（如网络请求处理、分布式系统中的任务调度等）时表现得尤为出色。
并行支持： Go 语言能够很好地利用现代计算机的多核处理器，实现真正的并行计算。当有多个协程需要执行时，Go 运行时系统会自动将它们分配到不同的处理器核心上并行执行，从而加速程序的运行。通过合理地设计和组织代码，将任务分解为多个可以并行执行的子任务，Go 语言可以最大限度地发挥多核处理器的性能，提高程序的整体吞吐量。

怎么使用goroutine

让我们从一段简单的代码开始了解，
- 注意行14里的go关键字，我们用它启动了后面的隐式函数。然而不像一般情况下的for循环执行完内部的循环节后再进入下一轮循环，程序启动了goroutine后将立刻继续执行下面的代码，以利用并发执行极大地缩小总的运行时间
- 行18 用于让程序"睡着"一秒钟，以等待所有goroutine执行完毕
结果如图，
- 可以看到输出是无序的，这是由于调度器完全按心情决定把宝贵的CPU时间片分给哪个goroutine，谁先分到，谁先做完，自然谁就输出

可怕的数据竞争

上一节提到，多个goroutine并发执行时不会确保顺序，这可能会导致一些问题，如下，
- 我们在五个分列的goroutine中执行2000次**+1**操作，理论上会得到10000.但真的是这样吗?让我们try一try，
- 我们可以看到~~结果并不是10000~~什么鬼?
- 再来一次，:sweat:
- 可以看到结果并不是10000，这就是问题所在——并发运行的goroutine发生了数据竞争
在 Go 语言中，x += 1 这一操作并不是原子性的，它实际上包含了三个步骤：读取 x 的当前值、将读取的值加 1、把加 1 后的结果再写回 x。当多个 goroutine 并发执行 addWithoutLock 函数时，就可能出现这样的情况：假设当前 x 的值为 10，goroutine A 执行到了读取 x 的值这一步（此时读到的值是 10），还没来得及进行加 1 和写回操作，goroutine B 也执行到了读取 x 的值这一步（同样读到 10），然后 goroutine A 继续执行，完成加 1 并写回 11，接着 goroutine B 也完成加 1 操作（它基于之前读到的 10 进行加 1），写回 11，这样就相当于少加了一次，本该得到 12，但实际只得到了 11，这就是数据竞争导致的错误结果。在复杂的生产环境下，数据竞争常常能导致难以排查且危害重大的后果，因此保证并发安全对于我们而言非常重要

确保并发安全

为了避免产生数据竞争，我们可以使用一些方法，这里我们使用Mutex,WaitGroup和Channel分别举例：
1. Mutex（互斥锁）
- Mutex是sync包下的一个类型，用于声明一个互斥锁，
  - 调用lock.Lock()会在获取变量x之前给它上锁，阻止其他协程对x的获取，再在使用完成后释放x的权限
- 看看修改后的输出，
- Mutex锁对并发编程中的“平行”协程非常有效，可以阻止共用一些共享数据的协程之间发生数据竞争
1. WaitGroup
- 多个协程间除了平行还可能存在“分层”结构，如果处理不当也会发生数据竞争，如果上层协程需要等待下层协程的工作完成才能执行，互斥锁便无法很好的解决，这时就可以用到WaitGroup。下面给出一个示例，
  - Add方法用于给计时器wg增加一个值，Done方法用于减少计时器的值，Wait则会阻塞进程直到计时器归零，使用这种办法能很好的协调内外层协程的进行顺序
  - 从输出也可以看到，函数确实按我们需要的顺序在五个分协程执行完毕后执行了主协程
1. Channel
- Channel是golang内置的一种类型，用于生成不同goroutine之间数据传递的通道。他的形式包括两种：无缓冲channel和有缓冲channel，channel在接收和发送数据时是阻塞的，即如果另一端（或缓冲区）没有发送或接收数据则等待。通过这个特性便可以实现goroutine的分层执行。下给示例，
- 这里同时实践了两种通道，让我们逐步分析
  - 使用make关键字创建channel类型，此处lowRoutine是一个无缓冲通道，topRoutine是一个缓冲区为3的有缓冲通道。对通道的操作包括发送，接收和关闭
  - 行18 此处的**<-表示发送i到通道lowRoutine中（lowRoutine接收i**）
  - 虽然两层goroutine是并发的，但对于topRoutine，它在包含了lowRoutine的循环内，则lowRoutine还没有接收时循环进入阻塞，保证了只有lowRoutine接收到数据后topRoutine才开始接收，也就保证了goroutine的先后顺序
- 运行一下，
- 确实得到了按序输出的结果

一些小细节:thinking:

有没有发现有一个一开始的函数中使用过，却在后面慢慢走出我们世界的方法？

time.Sleep(time.Second)

这个方法阻塞了当时的主routine1秒钟，为其他routine争取了宝贵的运行时间，但这个方法并不优雅，因为我们事实上不能确定routine应该运行的时间。
你可能会注意到，后面我们实现同一个作用的方法就是WaitGroup，它动态地确定了routine们运行结束的时间，从而优雅地完成了阻塞主函数的任务，这在实际的工程中更加实用高效。对于可能出现错误的工程，如果好好的看了上一篇文章，你会记得有一个名叫Context的类型，合理地运用ctx，把握设置**cancel()**的时机，你也能轻松应对这种状况。祝好运

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