Justin-刘清政的博客

21-Go 协程

2019-03-10

Go 协程是什么?

Go 协程是与其他函数或方法一起并发运行的函数或方法。Go 协程可以看作是轻量级线程。与线程相比,创建一个 Go 协程的成本很小。因此在 Go 应用中,常常会看到有数以千计的 Go 协程并发地运行。

Go 协程相比于线程的优势

  • 相比线程而言,Go 协程的成本极低。堆栈大小只有若干 kb,并且可以根据应用的需求进行增减。而线程必须指定堆栈的大小,其堆栈是固定不变的。
  • Go 协程会复用(Multiplex)数量更少的 OS 线程。即使程序有数以千计的 Go 协程,也可能只有一个线程。如果该线程中的某一 Go 协程发生了阻塞(比如说等待用户输入),那么系统会再创建一个 OS 线程,并把其余 Go 协程都移动到这个新的 OS 线程。所有这一切都在运行时进行,作为程序员,我们没有直接面临这些复杂的细节,而是有一个简洁的 API 来处理并发。
  • Go 协程使用信道(Channel)来进行通信。信道用于防止多个协程访问共享内存时发生竞态条件(Race Condition)。信道可以看作是 Go 协程之间通信的管道。我们会在下一教程详细讨论信道。

如何启动一个 Go 协程?

调用函数或者方法时,在前面加上关键字 go,可以让一个新的 Go 协程并发地运行。

让我们创建一个 Go 协程吧。

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package main

import (
"fmt"
)

func hello() {
fmt.Println("Hello world goroutine")
}
func main() {
go hello()
fmt.Println("main function")
}

在第 11 行,go hello() 启动了一个新的 Go 协程。现在 hello() 函数与 main() 函数会并发地执行。主函数会运行在一个特有的 Go 协程上,它称为 Go 主协程(Main Goroutine)。

运行一下程序,你会很惊讶!

该程序只会输出文本 main function。我们启动的 Go 协程究竟出现了什么问题?要理解这一切,我们需要理解两个 Go 协程的主要性质。

  • 启动一个新的协程时,协程的调用会立即返回。与函数不同,程序控制不会去等待 Go 协程执行完毕。在调用 Go 协程之后,程序控制会立即返回到代码的下一行,忽略该协程的任何返回值。
  • 如果希望运行其他 Go 协程,Go 主协程必须继续运行着。如果 Go 主协程终止,则程序终止,于是其他 Go 协程也不会继续运行。

现在你应该能够理解,为何我们的 Go 协程没有运行了吧。在第 11 行调用了 go hello() 之后,程序控制没有等待 hello 协程结束,立即返回到了代码下一行,打印 main function。接着由于没有其他可执行的代码,Go 主协程终止,于是 hello 协程就没有机会运行了。

我们现在修复这个问题。

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package main

import (
"fmt"
"time"
)

func hello() {
fmt.Println("Hello world goroutine")
}
func main() {
go hello()
time.Sleep(1 * time.Second)
fmt.Println("main function")
}

在上面程序的第 13 行,我们调用了 time 包里的函数 [Sleep],该函数会休眠执行它的 Go 协程。在这里,我们使 Go 主协程休眠了 1 秒。因此在主协程终止之前,调用 go hello() 就有足够的时间来执行了。该程序首先打印 Hello world goroutine,等待 1 秒钟之后,接着打印 main function

在 Go 主协程中使用休眠,以便等待其他协程执行完毕,这种方法只是用于理解 Go 协程如何工作的技巧。信道可用于在其他协程结束执行之前,阻塞 Go 主协程。我们会在下一教程中讨论信道。

启动多个 Go 协程

为了更好地理解 Go 协程,我们再编写一个程序,启动多个 Go 协程。

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package main

import (
"fmt"
"time"
)

func numbers() {
for i := 1; i <= 5; i++ {
time.Sleep(250 * time.Millisecond)
fmt.Printf("%d ", i)
}
}
func alphabets() {
for i := 'a'; i <= 'e'; i++ {
time.Sleep(400 * time.Millisecond)
fmt.Printf("%c ", i)
}
}
func main() {
go numbers()
go alphabets()
time.Sleep(3000 * time.Millisecond)
fmt.Println("main terminated")
}

在上面程序中的第 21 行和第 22 行,启动了两个 Go 协程。现在,这两个协程并发地运行。numbers 协程首先休眠 250 微秒,接着打印 1,然后再次休眠,打印 2,依此类推,一直到打印 5 结束。alphabete 协程同样打印从 ae 的字母,并且每次有 400 微秒的休眠时间。 Go 主协程启动了 numbersalphabete 两个 Go 协程,休眠了 3000 微秒后终止程序。

该程序会输出:

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1 a 2 3 b 4 c 5 d e main terminated

程序的运作如下图所示

image-20190210175410170

第一张蓝色的图表示 numbers 协程,第二张褐红色的图表示 alphabets 协程,第三张绿色的图表示 Go 主协程,而最后一张黑色的图把以上三种协程合并了,表明程序是如何运行的。在每个方框顶部,诸如 0 ms250 ms 这样的字符串表示时间(以微秒为单位)。在每个方框的底部,123 等表示输出。蓝色方框表示:250 ms 打印出 1500 ms 打印出 2,依此类推。最后黑色方框的底部的值会是 1 a 2 3 b 4 c 5 d e main terminated,这同样也是整个程序的输出。以上图片非常直观,你可以用它来理解程序是如何运作的。

Tags: Go
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