1. 理解并发编程
并发指在一个时间段内同时处理多个任务的能力，因为处理任务的速度非常快，所以我们的感觉就是同时处理了多个任务。而并行是指在同一时刻处理多个任务，每个任务有各自的处理器。
通俗来说，多线程就是“同时”做多个事情。对于一个线程，它是有程序计数器（PC）、寄存器、栈和状态等变量的管理器，挂起、恢复线程上下文需要切换这些变量。而这些切换的成本是比较高昂的，因此当线程的数量增多时，系统就会假死。比如在 Python 中，利用 GIL（全局解释器锁）来实现线程同步，唯一好处是对于某些 I/O 密集型操作，将 CPU 上的线程切换换成 I/O 上的线程调度，可以提高程序性能。
2. Goroutine
2.1 什么是 Goroutine
Go 语言中的并发实现采用的 Goroutine 即协程的概念，它是 Go 语言中的一种轻量级线程实现。与传统的线程设计方案不同，Goroutine 是在 Go 语言的运行时调度的，它是通过特殊的 Goroutine 调用语句 go 函数名() 来创建和启动的。
特别地，该语句可以在多数函数或方法调用前添加 go 来创建 Goroutine，无需等待该函数或方法的返回值，即可进行下一步操作。
Goroutine 的使用启发人们进一步认识到，不需要过多的线程切换时，线程越多，程序越容易假死。
2.2 Goroutine 的实现机制
Goroutine 的实现机制来源于三个基础技术：栈的协程（Stackful Coroutines），M:N 线程模型和 Goroutine 调度。
当创建一个 Goroutine 时，Go 运行时会为其分配一个 2K 大小的栈内存，栈内存既可以扩展，也可以缩小。因为每个线程都有自己已分配的栈，所以在安全性考虑下，我们能够放心地使用类似全局共享变量，只需要使用 sync 包等通道，就能保证数据的线程安全。
对于多核 CPU，Go 将 M:N 线程模型用作实现 Goroutine。顾名思义，它是 M 个用户级线程（Go 程序并发处理的业务线程，其中 M 线程一般数目是由可用 CPU 核数决定），对应于 N 个系统于线程模型，即可以批量创建和销毁、灵活使用、线程轻量级、切换消耗小、执行效率高、资源占用少等特点。
Goroutine 的调度是 Go 语言运行时实现的。与其他语言一样，Go 有一个调度器负责 Goroutine 的调度。它的调度器采用了抢占式调度，调度器执行某个 Goroutine 时，如果出现阻塞，调度器会切换到下一个 Goroutine 中。Go 的调度器使用类似于 Linux 的调度器的方式，将线程分为 P（Processor）和 M（thread-Manager）两个核心部分。其中，M 是虚拟 CPU 的抽象，用于执行 Goroutine，P 代表着真实的 CPU 核心。
2.3 Goroutine 的实际应用
使用 Goroutine，您可以使应用程序并发地运行多个任务，以便快速响应用户的请求或执行某些后台处理。下面是一个简单的 Goroutine 的示例：
// Goroutine1.go
package main
import (
"fmt"
"runtime"
)
func main() {
fmt.Println("CPU Num:", runtime.NumCPU())
go func() {
fmt.Println("This is a Goroutine.")
}()
fmt.Println("main function.")
}
以上代码中，我们创建了一个匿名函数作为 goroutine，与主体代码并行执行。在执行该匿名函数时，当前 Goroutine 暂停并进入排队队列，此时主线程继续执行并输出“main function.”的信息。由于 Goroutine 是并发执行的，当主线程继续执行时，匿名函数就成为了排队队列的下一个任务，并以“ This is a Goroutine.”输出到控制台。这个例子虽然简单，但它展示了如何使用 Goroutine 来并发执行函数，同时无需等待该函数输出结果，只需在主函数中继续执行即可。
3. Channel
3.1 Channel 的概念
Channel 是在多个 Goroutine 之间传输数据的管道，类似于 Unix 系统中的管道（pipe），可以用于广泛的并发应用场景，例如数据传输、Goroutine 协同、事件通知、结果汇总等。Channel 的传输过程是同步的，类似于 ping 计时器会阻塞当前时间，等到指定的时间到后再次发送信号。因为它是一个通信双向管道，所以发送方和接收方可以通过 Channel 来协调并发操作。
Channel 是一个 Goroutine 的执行环境。当使用 Channel 时，一个或多个 Goroutine 可以发送消息到 Channel，另一端的 Goroutine 则可以接收它们。当发送方尝试向已满的 Channel 发送数据时，发送方会阻塞，等待接收方向 Channel 读取可用的区域。相反，当接收方尝试从空管道中读取数据时，接收方会阻塞，等待发送方发送数据。因此，Channel 可以实现线程间的同步。
3.2 Channel 的类型
Go 语言的 Channel 有两种类型：带缓冲和不带缓冲的。
如果 Channel 带缓冲，它将保留指定容量的元素，当Channel 中的元素达到容量时，再向 Channel 中添加数据时，发送方会被阻塞，直到接收方从 Channel 中读取数据，才能将数据添加到 Channel 中。
如果 Channel 无缓冲，发送方将等待接收方，直到接收方从附加到 Channel 上的数据准备好为止，因此发送操作和接收操作保证了同步。
下面是一个带缓冲通道的例子，它将在 Channel 的容量小于 2 时为阻塞状态的情况：
// c1.go
package main
import (
"fmt"
)
func main() {
c := make(chan int, 2)
c <- 1
c <- 2
fmt.Println(<-c)
fmt.Println(<-c)
}
除了普通在函数中创建的 Channel 之外，Go 语言中的 sync 包还提供了一些 Channel 操作类。
4. Select 语句
4.1 Select 的概念
Select 是 Go 语言中的条件语句，同时还是 Channel 的控制流程结构。它使用 select 语句，用户可以等待多路的 Channel 操作，尤其是用于多个 Goroutine 之间的通信，它帮助我们严格控制 Goroutine。
它类似于 Switch 语句功能，但专门用于通信操作。Select 从随机的可用通信中选择一个进行操作。如果没有任何可用的通信，则等待任意一方准备好为止。当多个 Send/Closed frames 准备好时，它会随机选择一个发送。如果有多个通信操作准备好了，Select 将随机选择一个选定该操作进行处理，例如执行。
基本语法：
select {
case <-chan1:
// 如果 chan1 通信，执行语句
case x := <-chan2:
// 如果 chan2 通信，执行语句
case chan3 <- y:
// 如果成功向 chan3 发送数据，执行语句
default:
// 如果以上情况都不存在，执行语句
}
在 Go 语言编程中，我们通常使用 select 语句的方式来操作一组内在事件相关联的 Channel。例如，在下面的代码片段中，我们创建了一个缓冲为 1 的 Channel。在 select 语句中，我们使用 c 发送消息，还用 default 子句向控制台发送消息。最后，我们通过打印语句留下您想要的结果。
// c2.go
package main
import "fmt"
func main() {
c := make(chan int, 1)
select {
case c <- 1:
fmt.Println("write 1")
default:
fmt.Println("default")
}
fmt.Println(<-c)
}
4.2 Select 的实际应用
下面通过一个使用channel、goroutine和select的无聊示例来演示其应用示例：
我们要通过剪刀石头布这个游戏来进行展示：
package main
import (
"fmt"
"math/rand"
"time"
)
func player1(ch chan int) { // 玩家1
for {
select { // 使用select 选择位置
case ch <- 0:
case ch <- 1:
case ch <- 2:
}
}
}
func player2(ch chan int) { // 玩家2
for {
select { // 使用select 选择位置
case ch <- 0:
case ch <- 1:
case ch <- 2:
}
}
}
func judge(ch chan int) { // 宣判结果
for {
time.Sleep(1)
var p1, p2 int
p1 = <-ch
p2 = <-ch
switch {
case p1 == 0 && p2 == 1:
fmt.Println("PLayer2 wins !")
case p1 == 1 && p2 == 2:
fmt.Println("PLayer2 wins !")
case p1 == 2 && p2 == 0:
fmt.Println("PLayer2 wins !")
case p1 == 0 && p2 == 2:
fmt.Println("PLayer1 wins !")
case p1 == 1 && p2 == 0:
fmt.Println("PLayer1 wins !")
case p1 == 2 && p2 == 1:
fmt.Println("PLayer1 wins !")
default:
fmt.Println("Equal !!!!")
}
}
}
func main() {
// 手动种子
rand.Seed(time.Now().Unix())
ch := make(chan int)
go player1(ch) // 启动玩家1
go player2(ch) // 启动玩家2
judge(ch) // 将选择的通道传输到judge
}
上面的代码使用 select 语句，实现了 Goroutine 之间的通信。在主函数中，我们创建了一个 Channel，将它传递到 Goroutine 中，然后使用 Select 完成选择操作。它根据随机数生成器选择玩家 1 和玩家 2 发生的事件，并输出游戏结果。通过这个例子，我们可以学习到如何使用通道和 Goroutine 实现多个对象的同步和协作。
5. 总结
本文介绍了 Go 语言并发模型中的 Goroutine 和 Channel，并展示了如何使用它们实现协同处理输入。由于包含抢占式调度、多核支持、更少的切换、高效执行等特点，Go 语言并发模型得到了大力推广。通过 Channel 和 Goroutine 的使用，您可以将受支持的多核架构交付给 Go 运行时处理，并实现相应的支持程序的应用程序。如果您还未使用 Go 语言实现过并发模型，请尝试本文提出的应用，并享受其带来的便利吧！