Golang多线程编程：深度解析Goroutines-猿码集

1. 简介

多线程编程是现代编程领域的一个重要研究方向。在大数据时代，我们经常会处理巨大的数据集，需要使用多线程技术来提高数据处理的效率。Golang是一门支持并发编程的语言，Golang的并发模型以goroutine和channel为核心，而不是使用传统的线程和锁来处理并发。

Goroutines是Golang并发编程的重要基石，它提供了一种轻量级的线程模型。Goroutine比传统线程更加轻量、更加高效，可以同时运行成千上万个协程。本文将对Goroutine进行深入剖析，探讨Goroutine的底层实现和使用技巧。

2. Goroutine的基础

2.1 Goroutine的概念

Goroutine是Go语言提供的一种轻量级的线程实现，Goroutine比线程更加轻便。一个线程可以启动多个Goroutine，而一个Goroutine执行时只占用很少的栈内存(默认2KB)。

2.2 Goroutine的创建和运行

Goroutine可以通过调用一个函数来创建和运行。当函数被调用时，它就会以一个Goroutine的形式运行起来。


func main(){
   go count("sheep")
   count("fish")
}
func count(name string) {
   for i := 1; i <= 5; i++ {
      fmt.Println(i, name)
      time.Sleep(time.Millisecond * 500)
   }
}

上述代码中，我们创建了两个Goroutine，一个是使用go关键字创建的，另一个则是在主线程中直接执行count函数。由于Goroutine是并发执行的，所以输出结果是无序的。

3. Goroutine的实现原理

3.1 Goroutine的调度器

Golang中的Goroutine是由调度器来管理的。调度器会分配线程和运行队列来管理Goroutine的运行。调度器会将Goroutine分配到不同的线程中运行，以便充分利用多核CPU的优势。同时，调度器还会根据Goroutine的状态，将他们分配到不同的运行队列中，以便在不同的时间执行不同的Goroutine。

3.2 Goroutine的调度方式

Goroutine的调度方式有两种：抢占式调度和协作式调度。

抢占式调度：调度器会定期检查所有运行中的Goroutine，如果其中某个Goroutine正在执行时间过长，则调度器会立刻停止该Goroutine的运行，并将它切换到其他线程中执行。这种调度方式可以充分利用CPU资源，但也存在一定的开销。

协作式调度：每个Goroutine会自行决定何时释放CPU，因此又叫“非抢占式调度”。

3.3 Goroutine的栈管理

在Golang中，每个Goroutine都拥有一个独立的栈空间，用于存储其正在执行的函数的局部变量等信息。Golang的栈采用了动态扩展的机制，在Goroutine需要更多的栈空间时，它会自动扩充栈空间的大小。

4. Goroutine的使用技巧

4.1 使用sync.WaitGroup等待多个Goroutine执行完毕

在实际开发中，我们常常需要等待多个Goroutine完成任务后再继续执行后续操作。这时我们可以使用sync.WaitGroup来实现等待操作。


var wg sync.WaitGroup
func main(){
   wg.Add(2)
   go count("sheep")
   go count("fish")
   wg.Wait()
}
func count(name string) {
   defer wg.Done()
   for i := 1; i <= 5; i++ {
      fmt.Println(i, name)
      time.Sleep(time.Millisecond * 500)
   }
}

在上述代码中，我们使用了sync.WaitGroup来等待两个Goroutine执行完毕。在count函数的最后，我们调用了wg.Done() 来通知WaitGroup一个Goroutine已经完成了任务。在main函数中，我们先调用wg.Add()方法来通知WaitGroup有两个Goroutine需要等待，然后在程序的结尾处调用wg.Wait()来等待两个Goroutine完成。

4.2 使用channel实现Goroutine间的通信

在Golang中，channel是一种用于Goroutine间通信的机制。使用channel可以实现不同Goroutine之间的信息交流，从而保证Goroutine的同步与互斥。


func main(){
   ch := make(chan int)
   go task(ch)
   for i := 0; i < 5; i++ {
      number := <-ch
      fmt.Println("Received ", number)
   }
}
func task(ch chan int) {
   for i := 1; i <= 5; i++ {
      ch <- i
      fmt.Println("Sent ", i)
      time.Sleep(time.Millisecond * 500)
   }
   close(ch)
}

在上述代码中，我们使用了channel来实现Goroutine之间的通信。在main函数中我们创建了一个int类型的channel，并在task函数中发送了五个数字到channel中，然后在main函数中接收了五个数字，并输出到控制台上。

4.3 使用Goroutine和channel来优化I/O密集型任务

I/O密集型任务的特点是需要花费很多的时间来读写数据。在这种情况下，我们可以使用Goroutine和channel来提高程序的效率。


func main() {
   urls := []string{
      "http://www.google.com",
      "http://www.apple.com",
      "http://www.microsoft.com",
      "http://www.facebook.com",
      "http://www.amazon.com",
   }
   ch := make(chan string)
   for _, url := range urls {
     go fetch(url, ch)
   }
   for i := 0; i < len(urls); i++ {
      fmt.Println(<-ch)
   }
}
func fetch(url string, ch chan string) {
   resp, err := http.Get(url)
   if err != nil {
      ch <- fmt.Sprintf("%s - %s", url, err)
      return
   }
   defer resp.Body.Close()
   ch <- fmt.Sprintf("%s - success", url)
}

上述代码中，我们使用了Goroutine和channel来并发执行I/O密集型任务。在main函数中，我们创建了一个string类型的channel和多个Goroutine。当每个Goroutine执行成功或失败时，我们将结果发送到channel中，并在程序的结尾处接收并输出channel的结果。这种写法可以大大提高程序运行的效率。

总结

Goroutine是Golang并发编程的核心特性之一，它比传统的线程更加轻便、高效，可以大大提高程序的并发性和执行效率。在实际开发中，我们需要灵活运用Goroutine和channel，以便充分发挥Golang的并发特性。

Golang多线程编程：深度解析Goroutines