@Author：Runsen

開始前來介紹幾個(gè)概念：

• 進(jìn)程：進(jìn)程是程序在操作系統(tǒng)中的一次執(zhí)行過程，系統(tǒng)進(jìn)行資源分配和調(diào)度的一個(gè)獨(dú)立單位。
• 線程：線程是進(jìn)程的一個(gè)執(zhí)行實(shí)體，是 CPU 調(diào)度和分派的基本單位，它是比進(jìn)程更小的能獨(dú)立運(yùn)行的基本單位。
• 并發(fā)：多線程程序在單核心的 cpu 上運(yùn)行，稱為并發(fā)
• 并行：多線程程序在多核心的 cpu 上運(yùn)行，稱為并行。
• 協(xié)程：獨(dú)立的棧空間，共享堆空間，調(diào)度由用戶自己控制，本質(zhì)上有點(diǎn)類似于用戶級(jí)線程，一個(gè)線程上可以跑多個(gè)協(xié)程，協(xié)程是輕量級(jí)的線程。

并發(fā)與并行并不相同，并發(fā)主要由切換時(shí)間片來實(shí)現(xiàn)“同時(shí)”運(yùn)行，并行則是直接利用多核實(shí)現(xiàn)多線程的運(yùn)行，Go程序可以設(shè)置使用核心數(shù)，以發(fā)揮多核計(jì)算機(jī)的能力。

線程主要分為用戶線程和內(nèi)核線程，用戶線程由各語(yǔ)言代碼所支持，而內(nèi)核線程是由操作系統(tǒng)內(nèi)核所支持。多線程模型主要就是用戶線程與內(nèi)核線程的連接方式：

下面我們來探討Go的線程模型，首先我們先來回顧下常見的三種線程模型，然后在介紹Go中獨(dú)特的線程模型CSP。

文章目錄

• 三種線程模型
• Goroutine
• CSP

三種線程模型

線程模型主要有三種：1、內(nèi)核級(jí)別線程；2、用戶級(jí)別線程；3、混合線程，分別對(duì)應(yīng)的是1:1、N:1、M:N。

內(nèi)核級(jí)別線程：一對(duì)一模型（1 : 1）：每個(gè)用戶級(jí)線程映射到一個(gè)內(nèi)核級(jí)線程。優(yōu)點(diǎn)是緩存讀寫快速，缺點(diǎn)是容易阻塞。

用戶級(jí)別線程： 多對(duì)一模型（M : 1）：多個(gè)用戶級(jí)線程映射到一個(gè)內(nèi)核級(jí)線程，線程管理在用戶空間完成。

混合線程：多對(duì)多模型（M : N）：內(nèi)核線程和用戶線程的數(shù)量比為 M : N，綜合了前兩種的優(yōu)點(diǎn)

Goroutine

goroutine 是 Go 語(yǔ)言并行設(shè)計(jì)的核心，有人稱之為 go 程。goroutine 是輕量級(jí)線程，goroutine 的調(diào)度是由 Golang 運(yùn)行時(shí)進(jìn)行管理的。在Java中，goroutine就是Thead 。

goroutine 語(yǔ)法格式：go 函數(shù)名( 參數(shù)列表 )。例如：go f(x, y, z)，開啟一個(gè)新的 goroutine:f(x, y, z)。

在并發(fā)編程中，我們通常想將一個(gè)過程切分成幾塊，然后讓每個(gè) goroutine 各自負(fù)責(zé)一塊工作，當(dāng)一個(gè)程序啟動(dòng)時(shí)，主函數(shù)在一個(gè)單獨(dú)的 goroutine 中運(yùn)行，我們叫它 `main goroutine。新的 goroutine 會(huì)用 go 語(yǔ)句來創(chuàng)建。而 go 語(yǔ)言的并發(fā)設(shè)計(jì)，讓我們很輕松就可以達(dá)成這一目的。

我們來看一個(gè)示例。

package mainimport ("fmt""time" )func newTask() {i := 0for {i++fmt.Printf("new goroutine: i = %d\n", i)time.Sleep(1*time.Second) //延時(shí)1s} }func main() {//創(chuàng)建一個(gè) goroutine，啟動(dòng)另外一個(gè)任務(wù)go newTask()i := 0//main goroutine 循環(huán)打印 不會(huì)暫停for {i++fmt.Printf("main goroutine: i = %d\n", i)time.Sleep(1 * time.Second) //延時(shí)1s} }

程序運(yùn)行結(jié)果：

如果主 goroutine 退出后，那么其它的工作 goroutine 也會(huì)自動(dòng)退出：

package mainimport ( "fmt" "time" )func newTask() {i := 0for {i++fmt.Printf("new goroutine: i = %d\n", i)time.Sleep(1 * time.Second) //延時(shí)1s} }func main() {//創(chuàng)建一個(gè) goroutine，啟動(dòng)另外一個(gè)任務(wù)go newTask()fmt.Println("main goroutine exit") }

程序運(yùn)行結(jié)果如下，不會(huì)一直執(zhí)行。

new goroutine: i = 1 main goroutine exit

上面就是Go實(shí)現(xiàn)了并發(fā)比較常見的Goroutine方法。

CSP

我們常見的多線程模型一般是通過共享內(nèi)存實(shí)現(xiàn)的（就是Goroutine的原理），但是共享內(nèi)存就會(huì)有很多問題。比如資源搶占的問題、一致性問題等等。為了解決這些問題，我們需要引入多線程鎖、原子操作等等限制來保證程序執(zhí)行結(jié)果的正確性。

這就引出了另外一種是Go語(yǔ)言特有的并發(fā)形式，也是Go語(yǔ)言推薦的：CSP（communicating sequential processes）并發(fā)模型。

Go的CSP并發(fā)模型，是通過goroutine和channel來實(shí)現(xiàn)的。

CSP模式中，消息是通過Channel來通訊的，Channel相當(dāng)于一個(gè)消息通訊的中間人，這樣可以讓兩個(gè)通訊實(shí)體的耦合更松一些

下面Runsen先介紹下Channel，回顧一下基礎(chǔ)知識(shí)。通道可用于兩個(gè) goroutine 之間通過傳遞一個(gè)指定類型的值來同步運(yùn)行和通訊。操作符 <-用于指定通道的方向，發(fā)送或接收。如果未指定方向，則為雙向通道。

ch <- v // 把 v 發(fā)送到通道 ch v := <-ch // 從 ch 接收數(shù)據(jù)// 并把值賦給 v

聲明一個(gè)通道很簡(jiǎn)單，我們使用chan關(guān)鍵字即可，通道在使用前必須先創(chuàng)建：

ch := make(chan int)

channel分為兩種，有緩沖channel和無(wú)緩沖channel，默認(rèn)情況下，通道是不帶緩沖區(qū)的。我們通過下邊的代碼例子來區(qū)分不同的channel種類。

package mainimport ("fmt" )func main() {pipline := make(chan string) //構(gòu)造無(wú)緩沖通道pipline <- "hello world" //發(fā)送數(shù)據(jù)fmt.Println(<-pipline) //讀數(shù)據(jù) }

運(yùn)行會(huì)拋出錯(cuò)誤，如下：

fatal error: all goroutines are asleep - deadlock!

如果把這個(gè)例子改成有緩沖通道還會(huì)阻塞嗎？我們繼續(xù)看下邊的例子：

package mainimport ("fmt" )func main() {pipline := make(chan string, 1 ) //構(gòu)造無(wú)緩沖通道pipline <- "hello world" //發(fā)送數(shù)據(jù)fmt.Println(<-pipline) //讀數(shù)據(jù) }hello world

這里運(yùn)行正常，此時(shí)就說明了緩沖和沒有緩沖的區(qū)別在于在發(fā)送操作是否發(fā)生在有接受者時(shí)。那么，對(duì)于有緩沖通道會(huì)發(fā)生什么特殊情況呢？

如果這段代碼，通道容量為 1，但是往通道中寫入兩條數(shù)據(jù)，對(duì)于一個(gè)協(xié)程來說就會(huì)造成死鎖。

package mainimport ("fmt" ) func main() {ch1 := make(chan string, 1)ch1 <- "hello world"ch1 <- "hello China"fmt.Println(<-ch1) }//fatal error: all goroutines are asleep - deadlock!

每個(gè)緩沖通道，都有容量，當(dāng)通道里的數(shù)據(jù)量等于通道的容量后，此時(shí)再往通道里發(fā)送數(shù)據(jù)，就失造成阻塞，必須等到有人從通道中消費(fèi)數(shù)據(jù)后，程序才會(huì)往下進(jìn)行。

下面，我們看goroutine和channel實(shí)現(xiàn)CSP并發(fā)模型，代碼來自菜鳥教程。

package mainimport "fmt" // 計(jì)算數(shù)字之和 func sum(s []int, c chan int) {sum := 0for _, v := range s {sum += v}c <- sum // 把 sum 發(fā)送到通道 c }func main() {s := []int{7, 2, 8, -9, 4, 0}c := make(chan int)go sum(s[:len(s)/2], c) //-9+4+0go sum(s[len(s)/2:], c) // 7+2+8x, y := <-c, <-c // 從通道 c 中接收fmt.Println(x, y, x+y) //-5 17 12\ }

上面示例通過兩個(gè) goroutine 來計(jì)算數(shù)字之和，在 goroutine 完成計(jì)算后，它會(huì)計(jì)算兩個(gè)結(jié)果的和。這里的channel是沒有緩沖。

通道可以設(shè)置緩沖區(qū)，通過 make 的第二個(gè)參數(shù)指定緩沖區(qū)大小。

package mainimport "fmt"func sum(s []int, c chan int) {sum := 0for _, v := range s {sum += v}c <- sum // 把 sum 發(fā)送到通道 c }func main() {// 這里我們定義了一個(gè)可以存儲(chǔ)整數(shù)類型的帶緩沖通道// 緩沖區(qū)大小為2，因?yàn)榇鎯?chǔ)了一個(gè)數(shù)字，所以沒有報(bào)錯(cuò)s := []int{7, 2, 8, -9, 4, 0}c := make(chan int ,2)go sum(s[:len(s)/2], c)go sum(s[len(s)/2:], c)x, y := <-c, <-c // 從通道 c 中接收fmt.Println(x, y, x+y) // -5 17 12 }

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的九、Golang并发和线程模型的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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