golang并发之Goroutine & channel完全解读
目录
0、几个概念
1、一个通道发送和接收数据，默认是阻塞的。
2、关闭通道和通道上范围循环
（1）关闭通道
（2）通道上范围循环遍历
3、缓冲通道
（1）非缓冲通道
（2）缓冲通道
4、定向通道
（1）单向 channel 变量的声明
（2）time包中的单向通道相关函数
5、Select语句
6、CSP并发模型
7、并发编程实例
（1）请完成goroutine和channel协调工作的案例
（2）统计素数
（3）计算累加和
0、几个概念
（1）进程/线程
- 进程是程序在操作系统中的一次执行过程，系统进行资源分配和调度的一个独立单位。
- 线程是进程的一个执行实体，是 CPU 调度和分派的基本单位，它是比进程更小的能独立运行的基本单位。
- 一个进程可以创建和撤销多个线程，同一个进程中的多个线程之间可以并发执行。
（2）并发/并行
- 多线程程序在单核的 cpu 上运行，称为并发；多线程程序在多核的 cpu 上运行，称为并行。
- 并发与并行并不相同，并发主要由切换时间片来实现“同时”运行，并行则是直接利用多核实现多线程的运行，Go程序可以设置使用核心数，以发挥多核计算机的能力。
（3）协程/线程
- 协程：独立的栈空间，共享堆空间，调度由用户自己控制，本质上有点类似于用户级线程，这些用户级线程的调度也是自己实现的。
- 线程：一个线程上可以跑多个协程，协程是轻量级的线程。
- 优雅的并发编程范式，完善的并发支持，出色的并发性能是Go语言区别于其他语言的一大特色。使用Go语言开发服务器程序时，就需要对它的并发机制有深入的了解。
（4）Goroutine
- goroutine 是一种非常轻量级的实现，可在单个进程里执行成千上万的并发任务，它是Go语言并发设计的核心。
- 说到底 goroutine 其实就是线程，但是它比线程更小，十几个 goroutine 可能体现在底层就是五六个线程，而且Go语言内部也实现了 goroutine 之间的内存共享。
- 使用 go 关键字就可以创建 goroutine，将 go 声明放到一个需调用的函数之前，在相同地址空间调用运行这个函数，这样该函数执行时便会作为一个独立的并发线程，这种线程在Go语言中则被称为 goroutine。
（5）channel
- channel 是Go语言在语言级别提供的 goroutine 间的通信方式。可以使用 channel 在两个或多个 goroutine 之间传递消息
1、一个通道发送和接收数据，默认是阻塞的。
- 如果只有写数据，会发生死锁；如果只有读数据，也会发生死锁。
- 在没有使用协程的情况下，如果我们的管道数据已经全部取出，再取就会报fatal error: all goroutines are asleep - deadlock!
- 当我们给管道写入数据时，不能超过其容量
2、关闭通道和通道上范围循环
使用内置函数close可以关闭channel，当channel关闭后，就不能再向channel写数据了，但是仍然可以从该channel读取数据
（1）关闭通道
close的目的就是用来通知对方这个通道是关闭的，以此来结束循环
关闭 channel 非常简单，直接使用 Go语言内置的 close() 函数即可：
close(ch)
在介绍了如何关闭 channel 之后，我们就多了一个问题：如何判断一个 channel 是否已经被关闭？我们可以在读取的时候使用多重返回值的方式：
x, ok := <-ch
这个用法与 map 中的按键获取 value 的过程比较类似，只需要看第二个 bool 返回值即可，如果返回值是 false 则表示 ch 已经被关闭。
（2）通道上范围循环遍历
管道不能使用普通的for循环
在遍历时，如果channel没关闭，则会出现deadlock的错误:fatal error: all goroutines are asleep - deadlock!
在遍历时，如果channel已经关闭，则会正常遍历数据，遍历完后，就会退出遍历
3、缓冲通道
（1）非缓冲通道
以上介绍的通道都没有缓冲，发送和接收到一个未缓冲的通道是阻塞的。
一次发送操作对应一次接收操作，对于一个goroutine来讲，它的一次发送，在另一个goroutine接收之前都是阻塞的。同样的，对于接收来讲，在另一个goroutine发送之前，它也是阻塞的
（2）缓冲通道
缓冲通道就是指一个通道带有缓冲区。发送到一个缓冲通道只有在缓冲区满时才被阻塞。类似地，从缓冲通道接收的信息只有在缓冲区为空时才会被阻塞。带缓冲通道在很多特性上和无缓冲通道是类似的。无缓冲通道可以看作是长度永远为 0 的带缓冲通道。
因此根据这个特性，带缓冲通道在下面列举的情况下依然会发生阻塞：
- 带缓冲通道被填满时，尝试再次发送数据时发生阻塞。
- 带缓冲通道为空时，尝试接收数据时发生阻塞。
如何创建带缓冲的通道呢——通道实例 := make(chan 通道类型, 缓冲大小)
- 通道类型：和无缓冲通道用法一致，影响通道发送和接收的数据类型。
- 缓冲大小：决定通道最多可以保存的元素数量。
- 通道实例：被创建出的通道实例。
为什么Go语言对通道要限制长度而不提供无限长度的通道？
我们知道通道（channel）是在两个 goroutine 间通信的桥梁。使用 goroutine 的代码必然有一方提供数据，一方消费数据。当提供数据一方的数据供给速度大于消费方的数据处理速度时，如果通道不限制长度，那么内存将不断膨胀直到应用崩溃。因此，限制通道的长度有利于约束数据提供方的供给速度，供给数据量必须在消费方处理量+通道长度的范围内，才能正常地处理数据。
4、定向通道
我们在将一个 channel 变量传递到一个函数时，可以通过将其指定为单向 channel 变量，从而限制该函数中可以对此 channel 的操作，比如只能往这个 channel 写，或者只能从这个 channel 读。
（1）单向 channel 变量的声明
单向 channel 变量的声明非常简单，只能发送的通道类型为chan<-，只能接收的通道类型为<-chan，格式如下：
- var 通道实例 chan<- 元素类型 // 只能发送通道
- var 通道实例 <-chan 元素类型 // 只能接收通道
（2）time包中的单向通道相关函数
time 包中的计时器会返回一个 timer 实例，代码如下：
timer := time.NewTimer(time.Second)timer的Timer类型定义如下：
type Timer struct {
C <-chan Time
r runtimeTimer
}第 2 行中 C 通道的类型就是一种只能接收的单向通道。如果此处不进行通道方向约束，一旦外部向通道发送数据，将会造成其他使用到计时器的地方逻辑产生混乱。因此，单向通道有利于代码接口的严谨性。
NewTimer和After方法差不多，只是返回值不同；After直接返回通道
5、Select语句
select 的用法与 switch 语言非常类似，由 select 开始一个新的选择块，每个选择条件由 case 语句来描述。与 switch 语句相比，select 有比较多的限制，其中最大的一条限制就是每个 case 语句里必须是一个 IO 操作，select会随机执行一个可运行的case。如果没有case可运行，它将阻塞，直到case可运行。
在一个 select 语句中，Go语言会按顺序从头至尾评估每一个发送和接收的语句。
如果其中的任意一语句可以继续执行（即没有被阻塞），那么就从那些可以执行的语句中任意选择一条来使用。
如果没有任意一条语句可以执行（即所有的通道都被阻塞），那么有如下两种可能的情况：
- 如果给出了 default 语句，那么就会执行 default 语句，同时程序的执行会从 select 语句后的语句中恢复；
- 如果没有 default 语句，那么 select 语句将被阻塞，直到至少有一个通信可以进行下去。
6、CSP并发模型
CSP 并发模型是上个世纪七十年代提出的，用于描述两个独立的并发实体通过共享 channel（管道）进行通信的并发模型。但是Go语言并没有完全实现了 CSP 并发模型的所有理论，仅仅是实现了 process 和 channel 这两个概念。process 就是Go语言中的 goroutine，每个 goroutine 之间是通过 channel 通讯来实现数据共享。
7、并发编程实例
（1）请完成goroutine和channel协调工作的案例
具体要求：
- 开启一个writeData协程，向管道intChan中写入50个整数
- 开启一个readChan协程，从管道中读取writeData写入的数据
- 注意：writeData和readChan操作的是同一个管道
- 主线程需要等待writeData和readData协程都完成工作才能退出【管道】
以下两种写法均可
或者：
（2）统计素数
- 要求统计1-20000的数字中，哪些是素数？将统计素数的任务分给4个协程去完成
（3）计算累加和
- 启动一个协程，将1-2000的数放到一个channel中，比如numChan
- 启动8个协程，从numChan取出数字（比如n），并计算1+2+……+n的值，并存放到resChan
- 最后8个协程同完成工作后，再遍历resChan，显示结果【如res[1]=1……res[10]=55……】
