Golang的并发模型：如何轻松实现并行编程？-猿码集

1. Golang的并发模型概述

并发是现代软件开发中的一个重要概念，它可以让应用程序充分利用多核处理器提高性能。在Golang中并发模型的核心是goroutine，它是一种轻量级线程，一个goroutine在一个线程中运行，多个goroutine可以在同一个线程中并发执行。Golang中还提供了一些有用的工具来控制goroutine的并发执行，如channel和锁等。

2. Goroutine的使用

2.1 Goroutine的创建

Goroutine的创建非常简单，只需要在函数或方法前面加上go关键字即可。例如：


func main() {
    go func() {
        // do something
    }()
}

上面的代码创建了一个goroutine，该goroutine会异步执行匿名函数的内容。使用goroutine创建的函数或方法，它们的调用者会立即返回，而不需要等待函数或方法执行完毕。下面的代码示例展示了如何在main函数中异步执行另外一个函数：


func main() {
    go doSomething()
    fmt.Println("main")
}
func doSomething() {
    fmt.Println("something")
}

运行上面的代码，输出结果可能是：

main something

也可能是：

something main

这是因为两个goroutine是并行执行的，它们的输出可能是交错的。

2.2 Goroutine的调度

Goroutine的调度是由Golang的运行时系统控制的，开发者无法控制或预测哪个goroutine会被先执行或后执行。在Golang中每个goroutine都有自己的栈，栈的大小可以在运行时动态调整。当一个goroutine的栈空间不足时，运行时系统会自动扩展该栈空间。


func main() {
    go func() {
        fmt.Println("goroutine")
    }()
    fmt.Println("main")
}

运行上面的代码，输出结果可能是：

main goroutine

也可能是：

goroutine main

3. Channel的使用

3.1 Channel的概念

在Golang中，channel是一种基于消息传递的通信方式。它可以用于在多个goroutine之间进行同步和通信。一个channel有发送和接收两个端点，通过它们可以安全地传输数据。


package main
import "fmt"
func main() {
    ch := make(chan int)
    go func() {
        ch <- 1 // 发送1到channel中
        ch <- 2 // 发送2到channel中
        ch <- 3 // 发送3到channel中
        close(ch)
    }()
    for i := range ch {
        fmt.Println(i)
    }
}

运行上面的代码，输出结果是：

1 2 3

3.2 Channel的类型

Golang中channel的类型是chan，可以是任意类型的数据。例如：


ch := make(chan int)    // 整数类型的channel
ch := make(chan string) // 字符串类型的channel
ch := make(chan struct {x int; y int}) // 自定义类型的channel

3.3 Channel的操作

channel支持的操作有：发送（send）、接收（receive）、关闭（close）。其中发送和接收是阻塞操作，直到对方准备好之前它们都会阻塞。close可以关闭通道，当channel被关闭后，再次向它写入数据会导致panic异常，从它读取数据会返回对应类型的零值和一个标志位说明channel已被关闭。


ch := make(chan int)
ch <- 1  // 发送1到channel中
x := <-ch // 从channel中接收数据
close(ch)

当channel被关闭后，它会保留它里面的所有数据，直到通道中的所有数据被读取完毕。使用range循环可以便捷地读取channel中的数据：


ch := make(chan int)
go func() {
    for i := 1; i <= 3; i++ {
        ch <- i
    }
    close(ch)
}()
for i := range ch {
    fmt.Println(i)
}

运行上面的代码可以看到输出结果：

1 2 3

4. 原子操作

在多个goroutine并发访问共享资源时，为了保证数据的正确性和一致性，需要采用同步机制来保障。在Golang中，原子操作是一种极为轻量级的同步机制，它可以保证数据的原子性的读取和存储。

4.1 使用atomic包

Golang中提供了atomic包来支持原子操作。它包括了一些函数，可以原子地读取和存储数据，如AddInt32、AddUint32、AddInt64、AddUint64等。

4.2 使用mutex锁进行同步

除了原子操作，Golang中还支持互斥锁来保证对共享资源的互斥访问。在访问共享资源之前先获取锁，访问完后释放锁。这样可以保证同一时刻只有一次goroutine访问共享资源，防止并发访问时发生冲突。

在Golang中可以使用sync包中的Mutex来进行互斥锁的操作，Mutex提供了两个方法：Lock和Unlock。我们在对共享资源进行访问前使用Lock方法获取锁，在访问完毕后使用Unlock方法释放锁。


package main
import (
    "fmt"
    "sync"
)
var mu sync.Mutex // 创建一个互斥锁
func main() {
    var count int
    for i := 0; i < 1000; i++ {
        go func() {
            mu.Lock()         // 访问共享资源前先获取锁
            defer mu.Unlock() // 访问完成后释放锁
            count++
        }()
    }
    fmt.Println(count)
}

上面的代码会启动1000个goroutine来进行count的加1操作。由于count变量是共享资源，会存在并发访问的情况。使用Mutex锁保证对count的访问是互斥的。

5. 总结

Golang的并发模型提供了非常简单和有效的方法来实现并行编程。通过使用goroutine和channel，开发者可以轻松地实现并发控制和数据通信。通过使用原子操作和互斥锁，可以在多个goroutine并发访问共享资源时保证数据的正确性和一致性。在实际开发中，我们可以根据实际情况选择合适的并发控制方式来满足应用的需求。

Golang的并发模型：如何轻松实现并行编程？