GoLang併發控制（上）
GoLang併發控制（上）
在go程式中，最被人所熟知的便是併發特性，一方面有goroutine這類二級執行緒，對這種不處於使用者態的go程的支援，另一方面便是對併發程式設計的簡便化，可以快捷穩定的寫出支援併發的程式。
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先回顧程序or執行緒之間的通訊方式
inte-process communication(IPC)
其中Go支援的IPC方法有管道、訊號和socket。篇(shui)幅(ping)有限，一張圖引入回憶。
ipc圖解.jpg
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併發和並行
簡單來講 併發就是可同時發起執行的程式，並行就是可以在支援並行的硬體上執行的併發程式；換句話說，併發程式代表了所有可以實現併發行為的程式，這是一個比較寬泛的概念，並行程式也只是他的一個子集。 這個問題在知乎筆試中出現過，並行和併發不是一個概念。
複習過過去的基礎知識後，進入主題。
開發go程式，不管是系統性的k8s平臺，還是基於傳統的web開發，都常常使用goroutine來併發處理任務，有時候goroutine之間是相互獨立的，但是也有時候goroutine之間是需要同步和通訊的；另一種情況是父goroutine需要控制屬於他的子goroutine。而goroutine的設計機制為，goroutine退出只能由本身進行控制，不同與傳統的使用者態協程，不允許從外部強制結束該goroutine，除非goroutine奔潰或者main函式結束。目前實現多個goroutine間的同步與通訊大致有：
- 全域性共享變數
- channel管道通訊---CSP模型
- context包---在1.7版本後引入
全域性共享變數：
實現思路為：
- 申明一個全域性變數。
- 在這個全域性變數作用域中，開啟多個go程，多個go程實際上是共享這個全域性變數。
- 開啟的多個go程實現迴圈，不斷的監聽這個全域性變數的情況，若全域性變數屬性觸發一定條件，跳出迴圈，按序列順序執行到該go程結尾，go程生命週期結束。
程式碼示例：
package main
import (
"fmt"
"time"
)
func main() {
running := true
f := func() {
for running { //控制的全域性共享變數
fmt.Println("sub proc running...")
time.Sleep(1 * time.Second)
}
fmt.Println("sub proc exit")
}
go f()
go f()
go f()
time.Sleep(2 * time.Second)
running = false //全域性共享變數改變
time.Sleep(3 * time.Second)
fmt.Println("main proc exit")
}
- 優點：實現簡單，不抽象，直白方便，一個變數即可簡單控制子goroutine的進行。
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缺點:
- 不能適應結構複雜的設計，功能有限，只能適用於子go程中讀，外主程或父go程來寫全域性變數，若子go程中進行寫，會出現資料同步問題，需要加鎖解決，不加鎖面對map這類執行緒不安全的結構會報錯。
- 還有不適合用於同級的子go程間的通訊，全域性變數傳遞的資訊太少。
- 還有就是主程序無法等待所有子goroutine退出，因為這種方式只能是單向通知，所以這種方法只適用於非常簡單的邏輯且併發量不太大的場景。
channel通訊
首先解釋golang中的channel：channel是go中的核心部分之一，結構體簡單概括就是一個ring佇列+一個鎖 有興趣的同學可以去研究一下原始碼構建。在使用中可以將channel看做管道，通過channel迸發執行的go程之間就可以傳送或者接受資料，從而對併發邏輯進行控制。
go的channel的設計是建立在CSP(Communicating Sequential Process)，中文可以叫做通訊順序程序，是一種併發程式設計模型，由 Tony Hoare 於 1977 年提出。簡單來說，CSP 模型由併發執行的實體（執行緒或者程序）所組成，實體之間通過傳送訊息進行通訊，這裡傳送訊息時使用的就是通道，或者叫 channel。CSP 模型的關鍵是關注 channel，而不關注傳送訊息的實體。Go 語言實現了 CSP 部分理論，goroutine 對應 CSP 中併發執行的實體，channel 也就對應著 CSP 中的 channel。 也就是說，CSP 描述這樣一種併發模型：多個Process 使用一個 Channel 進行通訊, 這個 Channel 連結的 Process 通常是匿名的，訊息傳遞通常是同步的（有別於 Actor Model）。
設計思路：
- 建立一個sync包中WaitGroup例項 var wg sync.WaitGroup
- 建立一個chan，負責控制go程退出
- 在每一個go程被建立前，執行註冊. wg.Add(1)
- 建立go後，在go程中監聽訊號chan能否收到，使用select機制（和io多路複用相似）
- runtime主程 直接關閉chan，也可以選擇傳送訊號量。通知子go程結束迴圈，結束go程
- go程呼叫 wg.Done()登出後再退出，所以在進行go程 使用defer，go程退出執行。
- wg.Wait() 在註冊的所有信息登出後才繼續執行下一步。原理是實現一個for死迴圈，在註冊的值消耗完畢後，跳出死迴圈。
程式碼解釋：
package main
import (
"fmt"
"os"
"os/signal"
"sync"
"syscall"
"time"
)
//執行的go程方法，傳入的chan
func consumer(stop <-chan bool) {
for {
select {//機制類似epoll
case <-stop:
fmt.Println("exit sub goroutine")
return
default:
fmt.Println("running...")
time.Sleep(500 * time.Millisecond)
}
}
}
func main() {
stop := make(chan bool)
var wg sync.WaitGroup
// Spawn example consumers
for i := 0; i < 3; i++ {
wg.Add(1)
go func(stop <-chan bool) {
defer wg.Done()
consumer(stop)
}(stop)
}
close(stop) //直接關閉chan，否則傳遞3次訊號量
fmt.Println("stopping all jobs!")
wg.Wait()
fmt.Println("OVER")
}
channel通訊控制基於CSP模型，相比於傳統的執行緒與鎖併發模型，避免了大量的加鎖解鎖的效能消耗，而又比Actor模型更加靈活，使用Actor模型時，負責通訊的媒介與執行單元是緊耦合的–每個Actor都有一個信箱。而使用CSP模型，channel是第一物件，可以被獨立地建立，寫入和讀出資料，更容易進行擴充套件。