Golang并发编程实战：从Goroutines到大规模集群-猿码集

1. Golang并发编程概述

在计算机领域中，多线程和多进程的概念已经被深入理解，而Golang并发编程，它与多线程和多进程最大的区别在于它的协程和Goroutines。

1.1 协程与Goroutines

协程是指在一段时间内可以挂起、恢复并接着运行的线程，协程是一种比线程更轻量级的并发机制。而Goroutines是Golang中的一种轻量级的线程方式，与协程最大的区别是，Goroutines是由运行时（runtime）管理的，而协程由用户程序自己管理。


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

在上面这个简单的程序中，我们在主函数调用之前新建了一个Goroutines去执行一个匿名函数，在最后我们使用了time.Sleep()来防止程序过早退出。如果我们去掉time.Sleep()，程序会立即退出，因为Goroutines没有等待机会去执行。

1.2 Go语言的调度器

在Golang中，Goroutines是由调度器（scheduler）调度的。Go语言的调度器是一种协作式调度器，它不是按照时间片轮流分配处理器时间，而是在函数或系统调用等关键点主动触发调度，称为协程的上下文切换。


func main() {
    runtime.GOMAXPROCS(1)
    wg := sync.WaitGroup{}
    wg.Add(2)
    go func() {
        for i := 0; i < 10000000; i++ {
            fmt.Print("A")
        }
        wg.Done()
    }()
    go func() {
        for i := 0; i < 10000000; i++ {
            fmt.Print("B")
        }
        wg.Done()
    }()
    wg.Wait()
}

在上述程序中，我们设置了GOMAXPROCS=1，这意味着Golang只使用了一个处理器去执行程序，所以在程序执行的时候，会出现A和B交替打印的状态，因为在很短时间内，Golang的调度器会交替执行两个任务，这就是协程的上下文切换。

2. Goroutines的实际应用

2.1 网络编程

在网络编程中，Goroutines起到了非常重要的作用，它允许我们同时处理多个socket连接，而不必阻塞整个应用程序。


func main() {
    ln, err := net.Listen("tcp", ":8080")
    if err != nil {
        log.Println(err.Error())
    }
    for {
        conn, err := ln.Accept()
        if err != nil {
            log.Println(err.Error())
            continue
        }
        go handleConn(conn)
    }
}
func handleConn(conn net.Conn) {
    defer conn.Close()
    // 处理连接
}

在上述程序中，我们使用Goroutines处理每个连接，当一个连接被接收时，我们使用handleConn()函数去处理连接，这个函数是一个耗时的操作，但是我们可以使用Goroutines来避免它被阻塞。

2.2 数字签名

数字签名是一个非常耗时的操作，我们使用Goroutines使其能够并发运行。


func getSignatures() {
    var wg sync.WaitGroup
    for i := 0; i < len(transactions); i++ {
        wg.Add(1)
        go func(i int) {
            transactions[i].sig = sign([]byte(transactions[i].message))
            wg.Done()
        }(i)
    }
    wg.Wait()
}

在上述程序中，我们使用sync.WaitGroup等待所有的数字签名计算完成，每个Goroutines都是一个待签名的事务对象，它计算出这个对象的数字签名。

3. Goroutines的局限性

3.1 Goroutines的性能

在Golang中，Goroutines的消耗非常低，但是当Goroutines数量大于几万时，会导致性能问题。

3.2 内存泄漏

当我们在处理大规模数据集的时候，我们可能会忘记及时释放不再使用的Goroutines，这可能导致内存泄漏。


func main() {
    ch := make(chan int)
    for i := 0; i < 10; i++ {
        go func() {
            ch <- 1
        }()
    }
    for {
        select {
        case <-time.After(time.Second):
            return
        }
    }
}

在上述程序中，我们创建了10个Goroutines，它们都会向通道ch发送一个1，但是我们没有在通道处理完成后关闭Goroutines，所以当程序运行很长时间时，可能会导致内存泄漏。

3.3 传递共享资源

Goroutines之间的数据共享是非常方便的，但是修改共享数据可能会导致问题。


func main() {
    var c int
    c = 0
    for i := 0; i < 1000; i++ {
        go func() {
            c++
        }()
    }
    time.Sleep(1 * time.Second)
    fmt.Println(c)
}

在上述程序中，我们使用1000个Goroutines去从0开始累加，但是在结果输出时，我们会发现输出的数值是小于1000的，这是因为Goroutines之间的操作并没有同步，与传统的线程锁类似，我们需要使用mutex锁来避免这个问题。


func main() {
    var mu sync.Mutex
    var c int
    c = 0
    for i := 0; i < 1000; i++ {
        go func() {
            mu.Lock()
            defer mu.Unlock()
            c++
        }()
    }
    time.Sleep(1 * time.Second)
    fmt.Println(c)
}

4. 结语

如今，Golang并发编程已经成为了现代高并发应用程序和大规模集群技术领域中不可或缺的一部分。掌握Golang并发编程技术，将会使我们在设计和开发高性能应用程序时受益匪浅。

Golang并发编程实战：从Goroutines到大规模集群