Golang并发模型之Goroutines详解及示例

1. 什么是Goroutines？

Goroutines 是 Go 语言中的一种并发模型，它允许在同一程序中同时运行多个函数，而不需要等待一个函数执行完才能继续执行另一个函数。Goroutines 的优势在于非常轻量级、高效、易于使用。

2. Goroutines的创建和启动

在 Go 语言中，创建一个 Goroutines 非常简单，在函数名前使用关键字 go 即可创建一个 Goroutines。例如：

func main() {
    go myFunc()
}

上述代码中，我们创建了一个名为 myFunc() 的函数，并使用关键字 go 启动了一个 Goroutine，这个 Goroutine 就会在后台同时并发地运行这个函数。

3. Goroutines的同步

3.1 WaitGroup

Go 语言为我们提供了一个 WaitGroup 类型用于同步 Goroutines 的执行。WaitGroup 是一个计数器，通过 Add() 方法增加计数器的值，通过 Done() 方法减少计数器的值，通过 Wait() 方法挂起 Goroutines 的执行，直到计数器的值为 0。

import "sync"
var wg sync.WaitGroup
func main() {
    wg.Add(1)
    go myFunc()
    wg.Wait()
}
func myFunc() {
    defer wg.Done()
    // do something
}

上述代码中，我们使用 WaitGroup 来同步 myFunc() 函数的执行。在 main() 函数中，我们先通过 wg.Add(1) 增加计数器的值，然后通过 go 关键字启动 myFunc() 函数，myFunc() 函数中使用 defer wg.Done() 来减少计数器的值，最后通过 wg.Wait() 挂起 Goroutines 的执行，等待计数器的值变成 0。

3.2 Channel

除了 WaitGroup，Go 语言还提供了另一种同步 Goroutines 的方式，那就是使用 Channel。Channel 是 Go 语言中用于 Goroutines 通信的一种方式。通过 Channel，我们可以在 Goroutines 之间传递数据，或者通知一个 Goroutine 执行某个操作。

func main() {
    c := make(chan int)
    go myFunc(c)
    x := <-c
    fmt.Println(x)
}
func myFunc(c chan int) {
    c <- 123
}

上述代码中，我们创建了一个 int 类型的 Channel c，然后启动了一个 myFunc() Goroutine。在 myFunc() 函数中，我们将 123 写入了 Channel c 中，然后在 main() 函数中我们使用 <-c 让 Goroutine 等待读取 Channel c 中的数据。最后，我们将读取到的数据打印到控制台上。

4. Goroutines的安全性

在使用 Goroutines 进行并发编程时，我们需要注意程序变量的线程安全性。在多个 Goroutines 中同时访问、修改同一个变量时，如果没有进行适当的同步，就会产生竞态条件，从而导致程序出现不确定的行为。

为了确保程序变量的线程安全性，我们可以使用 Go 语言中提供的 mutex。mutex 是一种互斥锁，用于保护临界区在同一时间只能被一个 Goroutine 访问。当一个 Goroutine 进入临界区时，会调用锁定操作，当它执行完后会调用解锁操作，解锁操作会释放锁定的互斥锁，这样其它 Goroutine 就可以访问了。

import "sync"
var mu sync.Mutex
func myFunc() {
    mu.Lock()
    // do something
    mu.Unlock()
}

上述代码中，我们使用 Mutex 对 myFunc() 函数进行了同步，通过调用 mu.Lock() 方法锁定互斥锁，在完成操作后再调用 mu.Unlock() 方法解锁互斥锁，在解锁操作完成后，互斥锁就可以被其它 Goroutine 使用了。

5. Goroutines的性能优化

在编写并发程序时，我们需要注意 Goroutines 的数量。如果创建了太多的 Goroutines，就会导致程序性能下降，从而影响程序的运行速度。因此，在使用 Goroutines 进行并发编程时，我们需要控制 Goroutines 的数量。

Go 语言中提供了一种智能调度机制，可以自动调整 Goroutines 的数量，这种机制被称为 Go 语言中的 GOMAXPROCS。GOMAXPROCS 是 Go 语言中控制 Goroutines 数量的系统级别参数。

在 GOMAXPROCS 参数设置为 1 的情况下，所有的 Goroutines 都会在同一个线程中运行，因此只有一个 Goroutines 能够同时执行。而在 GOMAXPROCS 参数大于 1 的情况下，Go 语言的调度器会将多个 Goroutines 分配到不同的线程中并行运行。

import (
    "runtime"
)
func main() {
    runtime.GOMAXPROCS(4)
}

上述代码中，我们使用 runtime.GOMAXPROCS(4) 将 GOMAXPROCS 参数设置为 4，这表示我们可以同时运行 4 个 Goroutines。

6. 总结

Goroutines 是 Go 语言中提供的一种轻量级、高效、易用的并发模型，它能够大大提高程序的运行效率。在使用 Goroutines 进行并发编程时，我们需要注意 Goroutines 的同步、安全性和性能优化等问题。通过合理使用 WaitGroup、Channel 和 mutex 等机制，我们可以让 Goroutines 在程序中协同工作，实现并发执行的效果。同时，我们也需要注意控制 Goroutines 的数量，从而提高程序的运行速度。