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goroutine(Go语言并发)如何使用才更加高效?

Go语言原生支持并发是被众人津津乐道的特性。goroutine 早期是 Inferno 操作系统的一个试验性特性,而现在这个特性与操作系统一起,将开发变得越来越简单。

很多刚开始使用Go语言开发的人都很喜欢使用并发特性,而没有考虑并发是否真正能解决他们的问题。

了解 goroutine 的生命期时再创建 goroutine

在Go语言中,开发者习惯将并发内容与 goroutine 一一对应地创建 goroutine。开发者很少会考虑 goroutine 在什么时候能退出和控制 goroutine 生命期,这就会造成 goroutine 失控的情况。下面来看一段代码。

失控的 goroutine:
package main

import (
    "fmt"
    "runtime"
)

// 一段耗时的计算函数
func consumer(ch chan int) {

    // 无限获取数据的循环
    for {

        // 从通道获取数据
        data := <-ch

        // 打印数据
        fmt.Println(data)
    }

}

func main() {

    // 创建一个传递数据用的通道
    ch := make(chan int)

    for {

        // 空变量, 什么也不做
        var dummy string

        // 获取输入, 模拟进程持续运行
        fmt.Scan(&dummy)

        // 启动并发执行consumer()函数
        go consumer(ch)

        // 输出现在的goroutine数量
        fmt.Println("goroutines:", runtime.NumGoroutine())
    }

}
代码说明如下:
运行程序,每输入一个字符串+回车,将会创建一个 goroutine,结果如下:

a
goroutines: 2
b
goroutines: 3
c
goroutines: 4

注意,结果中 a、b、c 为通过键盘输入的字符,其他为打印字符。

这个程序实际在模拟一个进程根据需要创建 goroutine 的情况。运行后,问题已经被暴露出来:随着输入的字符串越来越多,goroutine 将会无限制地被创建,但并不会结束。这种情况如果发生在生产环境中,将会造成内存大量分配,最终使进程崩溃。现实的情况也许比这段代码更加隐蔽:也许你设置了一个退出的条件,但是条件永远不会被满足或者触发。

为了避免这种情况,在这个例子中,需要为 consumer() 函数添加合理的退出条件,修改代码后如下:
package main

import (
    "fmt"
    "runtime"
)

// 一段耗时的计算函数
func consumer(ch chan int) {

    // 无限获取数据的循环
    for {

        // 从通道获取数据
        data := <-ch

        if data == 0 {
            break
        }

        // 打印数据
        fmt.Println(data)
    }

    fmt.Println("goroutine exit")
}

func main() {

    // 传递数据用的通道
    ch := make(chan int)

    for {

        // 空变量, 什么也不做
        var dummy string

        // 获取输入, 模拟进程持续运行
        fmt.Scan(&dummy)

        if dummy == "quit" {

            for i := 0; i < runtime.NumGoroutine()-1; i++ {
                ch <- 0
            }

            continue
        }

        // 启动并发执行consumer()函数
        go consumer(ch)

        // 输出现在的goroutine数量
        fmt.Println("goroutines:", runtime.NumGoroutine())
    }
}
代码中加粗部分是新添加的代码,具体说明如下:
修改程序并运行,结果如下:

a
goroutines: 2
b
goroutines: 3
quit
goroutine exit
goroutine exit
c
goroutines: 2

避免在不必要的地方使用通道

通道(channel)和 map、切片一样,也是由 Go 源码编写而成。为了保证两个 goroutine 并发访问的安全性,通道也需要做一些锁操作,因此通道其实并不比锁高效。

下面的例子展示套接字的接收和并发管理。对于 TCP 来说,一般是接收过程创建 goroutine 并发处理。当套接字结束时,就要正常退出这些 goroutine。

本例完整代码请参考./src/chapter12/exitnotify/exitnotify.go
本套教程所有源码下载地址:https://pan.baidu.com/s/1ORFVTOLEYYqDhRzeq0zIiQ    提取密码:hfyf
下面是对各个部分的详细分析。

1) 套接字接收部分

套接字在连接后,就需要不停地接收数据,代码如下:
// 套接字接收过程
func socketRecv(conn net.Conn, exitChan chan string) {

// 创建一个接收的缓冲
    buff := make([]byte, 1024)

    // 不停地接收数据
    for {

        // 从套接字中读取数据
        _, err := conn.Read(buff)

        // 需要结束接收, 退出循环
        if err != nil {
            break
        }

    }

    // 函数已经结束, 发送通知
    exitChan <- "recv exit"
}
代码说明如下:

2) 连接、关闭、同步 goroutine 主流程部分

下面代码中尝试使用套接字的 TCP 协议连接一个网址,连接上后,进行数据接收,等待一段时间后主动关闭套接字,等待套接字所在的 goroutine 自然结束,代码如下:
func main() {

    // 连接一个地址
    conn, err := net.Dial("tcp", "www.163.com:80")

    // 发生错误时打印错误退出
    if err != nil {
        fmt.Println(err)
        return
    }

    // 创建退出通道
    exit := make(chan string)

    // 并发执行套接字接收
    go socketRecv(conn, exit)

    // 在接收时, 等待1秒
    time.Sleep(time.Second)

    // 主动关闭套接字
    conn.Close()

    // 等待goroutine退出完毕
    fmt.Println(<-exit)
}
代码说明如下:
在这个例子中,goroutine 退出使用通道来通知,这种做法可以解决问题,但是实际上通道中的数据并没有完全使用。

3) 优化:使用等待组替代通道简化同步

通道的内部实现代码在Go语言开发包的 src/runtime/chan.go 中,经过分析后大概了解到通道也是用常见的互斥量等进行同步。因此通道虽然是一个语言级特性,但也不是被神化的特性,通道的运行和使用都要比传统互斥量、等待组(sync.WaitGroup)有一定的消耗。

所以在这个例子中,更建议使用等待组来实现同步,调整后的代码如下:
package main

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

// 套接字接收过程
func socketRecv(conn net.Conn, wg *sync.WaitGroup) {

    // 创建一个接收的缓冲
    buff := make([]byte, 1024)

    // 不停地接收数据
    for {

        // 从套接字中读取数据
        _, err := conn.Read(buff)

        // 需要结束接收, 退出循环
        if err != nil {
            break
        }

    }

    // 函数已经结束, 发送通知
    wg.Done()
}

func main() {

    // 连接一个地址
    conn, err := net.Dial("tcp", "www.163.com:80")

    // 发生错误时打印错误退出
    if err != nil {
        fmt.Println(err)
        return
    }

    // 退出通道
    var wg sync.WaitGroup
   
    // 添加一个任务
    wg.Add(1)

    // 并发执行接收套接字
    go socketRecv(conn, &wg)

    // 在接收时, 等待1秒
    time.Sleep(time.Second)

    // 主动关闭套接字
    conn.Close()

    // 等待goroutine退出完毕
    wg.Wait()
    fmt.Println("recv done")
}
调整后的代码说明如下:

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