Golang语言中的goroutine和channel

1. goroutine的基本概念介绍

1.1 引入

进程与线程的说明：进程与线程
举例（这是我见过最好理解的例子了）：百度网盘的启动之后，百度网盘软件就是一个进程。百度网盘下载文件时，可以同时下载好几个文件，此时每一个文件的下载过程就是线程。

并发与并行的区别：
1）多线程程序在单核上运行，就是并发。(同一时刻，只有一个任务在执行)
2）多线程程序在多核上运行，就是并行。

1.2 Go协程和Go主线程

协程是轻量级的线程。goroutinue可以实现并行，也就是说，多个协程可以在多个处理器同时跑。而协程同一时刻只能在一个处理器上跑（把宿主语言想象成单线程的就好了）。

协程拥有自己的寄存器上下文和栈。协程调度切换时，将寄存器上下文和栈保存到其他地方，在切回来的时候，恢复先前保存的寄存器上下文和栈。因此，协程能保留上一次调用时的状态（即所有局部状态的一个特定组合），每次过程重入时，就相当于进入上一次调用的状态，换种说法：进入上一次离开时所处逻辑流的位置。线程和进程的操作是由程序触发系统接口，最后的执行者是系统；协程的操作执行者则是用户自身程序，goroutine也是协程。

Go协程的特点：
1）有独立的栈空间
2）共享程序堆空间
3）调度由用户控制
4）协程是轻量级的线程

1.3 案例学习

针对以上程序，在运行过程中的流程如下图所示：

1.4 goroutine的调度模型

Go的调度器内部有四个重要的结构：M，P，S，Sched，如上图所示（Sched未给出）

• M:M代表内核级线程，一个M就是一个线程，goroutine就是跑在M之上的；M是一个很大的结构，里面维护小对象内存cache（mcache）、当前执行的goroutine、随机数发生器等等非常多的信息
• G:代表一个goroutine，它有自己的栈，instruction pointer和其他信息（正在等待的channel等等），用于调度。
• P:P全称是Processor，处理器，它的主要用途就是用来执行goroutine的，所以它也维护了一个goroutine队列，里面存储了所有需要它来执行的goroutine
• Sched：代表调度器，它维护有存储M和G的队列以及调度器的一些状态信息等。

1.5 golang设置CPU运行数目

2. channel的使用

channel是goroutinues之间进行通信的利器。channel可以形象比喻为工厂里的传送带,一头的生产者goroutine往传输带放东西,另一头的消费者goroutinue则从输送带取东西。channel实际上是一个有类型的消息队列,遵循先进先出的特点。

2.1 channel的基本介绍

1）channel类似于一个队列。
2）channel中的数据是先进先出FIFO。
3）线程安全。多goroutine访问时，不需要加锁操作。
4）channel是有数据类型的。一个string的channel 只能存放string 类型数据。

2.2 channel的初步使用

• 定义与声明

var 变量名 chan 数据类型
channel变量必须初始化后才可以使用，即就是make。

• 初始化

var intChan chan int
intChan = make( chan int,3 )

• 操作符号

intChan <- ele 表示ele被发送给channel intChan ；
ele2 <- intChan 表示从channel intChan 取一个值，然后赋给ele2

• 注意事项
  1）channel中只能存放指定类型的数据
  2）channel的数据放满之后，就不能再放了，在初始化的时候确定了channel的容量
  3）在没有使用协程的情况下，如果channel数据取完了，再取数据，程序会报错。
  
• 管道的关闭和遍历

• 内建函数 close(intChan) //这时不能在往channel里面写入数据
  遍历使用for-range方式：遍历时未关闭管道，出现deadlock错误；遍历时关闭管道，正常遍历结束。

2.3 channel的阻塞机制

writeData协程 ：往管道中写入数据，总共要写50个，管道的容量是10；
readData协程：关闭读协程；
此时，管道出现阻塞，程序报deadlock错误。因为管道已满，没有被读取，无法再继续写入数据。

3 goroutine和channel的应用实例

3.1 要求统计1-80000的数字中，哪些是素数？

效果演示

package main

import(
	"fmt"
)

var (
	numChan = make(chan int, 2000)
	resChan = make(chan map[int]int,2000)
	exitChan = make(chan bool, 8)
)

func write(){
	for i:=1;i<=2000;i++{
		numChan<- i
	}
	close(numChan)
}

func calc(){
	for{
		v,ok := <- numChan
		if !ok{
			break
		}
		num := 0
		for i:=1;i<=v;i++{
			num += i
		}
		res := make(map[int]int)
		res[v] = num
		resChan<- res
		
	}
	fmt.Println("一个协程取不到数据")
	exitChan<- true
}

func main(){
	go write()
	for i:=0;i<8;i++{
		go calc()
	}

	go func(){
		for i:=0;i<8;i++{
			<- exitChan
		}
		close(resChan)
		close(exitChan)
	}()

	for{
		res , ok := <-resChan
		if !ok{
			break
		}
		for index, sum := range res{
			fmt.Printf("得到的计算结果是res[%d]=%d\n",index,sum)
		}
		
	}
}

3.2 生产与消费者应用：

https://blog.csdn.net/littleschemer/article/details/70232659

4. 补充

1）channel可以定义为只读，或者只写的。默认情况是可读可写的。

2）使用select可以解决从管道取数据的阻塞问题。

3）goroutine中使用recover，解决协程中出现panic。

可参考博客：
https://www.cnblogs.com/wdliu/p/9272220.html