go语言进阶之并发基础

并发

什么是并发，也就是我们常说的多线程，多个程序同时执行。

并发的基础

线程和进程

进程

进程是操作系统中一个重要的概念，指的是一个正在运行的程序的实例。它包含程序代码、当前活动的状态、变量、程序计数器和内存等资源。进程是系统进行资源分配和调度的基本单位。

每个进程都有自己的地址空间、数据、堆栈以及其他用于管理其运行的资源。进程之间相互独立，通常通过进程间通信（IPC）来交换数据。

简而言之，进程可以被视为一个正在执行的程序，管理着程序的执行环境和资源。

线程

线程是进程中的一个执行单位，是操作系统中的基本单位，应该进程可以有多个线程，他们共享一个进程的资源，比如内存，但是每个线程可以说是相对独立的。

在java和python中有很多方法实现多线程，比如java中的Thread类和Runnable接口，并且可以通过线程池来管理线程

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(2);
        
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            executor.submit(new MyRunnable());
        }
        
        executor.shutdown(); // 关闭线程池
    }
}

协程(goroutine)

而在go语言中，好像并没有线程这一概念，只有协程，也就是goroutine。相比于线程来说，协程更加轻便

在go中启动一个goroutine只需要使用关键词go即可，相比于java更加轻便简单

import (  
    "fmt"  
)  
  
func main() {  
    go fmt.Println("goood")  
    fmt.Println("booy")  
}

可以发现先输出的是booy，然后才是goood，因为go关键词启动的goroutine不影响main goroutine的执行

管道(chnnel)

在go语言中管道是用于在goroutine之间进行通讯的机制，它允许在不同的goroutine之间安全的传递数据

创建管道

它也可以使用make函数创建管道

ch :=make(chan int)

其中chan关键字就表示channel类型，和之前的map和string[]差不多，chan也是一个集合类型。

接收和发送数据

chan的操作只有俩种接收和发送

接收：获取chan中的值，<-chan
发送：向chan发送值，chan<-

package main

import (
    "fmt"
)

func main() {
    ch := make(chan int)

    go func() {
        ch <- 42 // 发送数据到管道
    }()  //执行这个函数的调用

    value := <-ch // 从管道接收数据
    fmt.Println(value) // 输出: 42
}

有缓冲管道与无缓冲管道

在go语言中管道分为有缓冲管道和无缓冲管道，他们在数据传输的方式和行为上有一些不同。

无缓冲管道

无缓冲管道就是在定义时不指定容器的管道，上面的定义就是无缓冲管道。

特点：发送和接收操作是同步的，发送方只有到接收方准备好接收数据时才会运行，可以确保数据在发送和接收直接有严格同步

上面例子定义的就是无缓冲管道

有缓冲管道

同理，有缓冲管道就是在定义时指定了容器的管道

特点：发送和接收操作是异步的，只要管道没满，发送方就不会阻塞，只要管道没空，接收方也不会阻塞。

ch := make(chan int, 2) // 有缓冲管道，容量为 2

ch <- 1 // 发送数据，管道有空间，不阻塞
ch <- 2 // 发送数据，管道仍有空间，不阻塞

// 此时如果再发送数据，发送方会阻塞，直到有空间可用
// ch <- 3 // 这会导致阻塞

fmt.Println(<-ch) // 接收数据，输出: 1
fmt.Println(<-ch) // 接收数据，输出: 2

为什么先返回1再返回2，接收操作从头部接收而发送操作是从尾部发送，所以顺序不变

关闭管道

当不需要使用管道时可以关闭。

close(ch)

当管道关闭后，无法向里面发送数据，但是还是可以向外发送

单向管道

单项管道是指只能用于发送或接收数据的一种管道。可以通过类型声明来创建单向管道，从而限制其用法，提高代码的安全性和可读性

声明

// 创建一个可以发送的管道
chSend := make(chan<- int)

// 创建一个可以接收的管道
chReceive := make(<-chan int)

如何使用

package main

import (
	"fmt"
)

func sendData(ch chan<- int) {
	for i := 0; i < 5; i++ {
		ch <- i // 只能发送数据
	}
	close(ch) // 关闭管道
}

func receiveData(ch <-chan int) {
	for value := range ch {
		fmt.Println(value) // 只能接收数据
	}
}

func main() {
	ch := make(chan int) // 创建一个双向管道

	go sendData(ch)     // 启动发送数据的协程
	receiveData(ch)     // 接收数据
}