Go语言学习草稿(10) 并发编程

package main

import (
	"fmt"
	"math/rand"
	"runtime"
	"strconv"
	"sync"
	"sync/atomic"
	"time"
)

/*标题: 并发编程*/

func hello() {
	fmt.Println("Hello!")
}

// 最简单的 Goroutine 示例
// Goroutine 类似于线程和协程
// 协程每次只有一个在执行, 而 Goroutine 可以有多个同时执行
// 线程创建后会同时存在, 而 Goroutine 只会挑选一部分(一般等于CPU逻辑核心数)
func basicRoutine() {
	go hello() // 开启一个单独的 routine 执行 hello 函数
	fmt.Println("main")
	// main函数结束会杀死所有 routine
	// 所以要先等一下才能看到输出
	time.Sleep(time.Second)
}

func sleepRandomTime(i int) {
	rand.Seed(time.Now().UnixNano())
	// 下面几行是为了学习随机数
	//for i := 0; i < 5; i++ {
	//	r1 := rand.Int31() // int32
	//	r2 := rand.Intn(10) // 上限是10
	//	fmt.Println(-r1, -r2)
	//}

	defer wg.Done()
	time.Sleep(time.Millisecond * time.Duration(rand.Intn(500))) // 随机休眠0-500毫秒
	fmt.Println("i =", i)
}

var wg sync.WaitGroup

// WaitGroup的使用方法. 类似于信号量
func waitGroupTest() {
	wg.Add(10)
	for i := 0; i < 10; i++ {
		go sleepRandomTime(i)
	}
	wg.Wait()
}

// GOMAXPROCS测试
// GOMAXPROCS是最多多少个线程同时运行. 默认是CPU逻辑核心数
func maxProcsTest() {
	runtime.GOMAXPROCS(1) // 如果指定为1, 则下面按顺序执行, 如果换成2, 就可能会乱序了
	wg.Add(2)
	f := func(routineId int) {
		defer wg.Done()
		for i := 0; i < 5; i++ {
			fmt.Printf("[%d]i=%d\n", routineId, i)
		}
	}
	go f(1)
	go f(2)
	wg.Wait()
}

// Channel用于线程交换数据
// 定义通道中的元素. 是引用类型, 默认是nil
// 通道中不要放大元素, 如果要放string, 放*string更好
var b chan int

// 不带缓冲区的元素的发送和接收
// 不带缓冲区必须有人接收数据否则会阻塞线程
func channelWithBufferTest() {
	b = make(chan int) // 通道中的元素一定要使用make初始化
	defer close(b)     // 关闭Channel. 有时候不关也没问题
	// 不带缓冲区元素的发送和接收
	wg.Add(1)
	go func() {
		defer wg.Done()
		x := <-b // 接收值
		<-b      // 接收但是忽略结果
		fmt.Println(x)
	}()
	// 发送值
	b <- 18
	b <- 10
	wg.Wait()
}

// 不带缓冲区的元素的发送和接收
func channelWithoutBufferTest() {
	b = make(chan int, 1) // 带缓冲区的元素初始化. 第二个参数是容量
	defer close(b)        // 关闭Channel
	b <- 10               // 因为有一个缓冲所以不会阻塞
	/*b <- 10*/  // 缓冲区满了, 会阻塞
	x, ok := <-b // 从通道中取出数据. 对于已经关闭的流也能取输出, 但是ok==false
	fmt.Println(x, ok)
}

// Channel 练习
// 1. 启动一个 goroutine, 生成 100 个数发送到 ch1
// 2. 启动一个 goroutine, 从 ch1 中取值, 计算平方放到 ch2 中
// 3. 在 printNumbers() 中从 ch2 取值并打印
// 单向通道: 只能发送或接收
//   chan<- 表示只能发送
// <-chan   表示只能接收
func numberGenerate(ch1 chan<- int) {
	defer wg.Done()
	for i := 0; i < 100; i++ {
		ch1 <- i
	}
	close(ch1)
}
func compute(ch1 <-chan int, ch2 chan<- int) {
	defer wg.Done()
	for x := range ch1 {
		ch2 <- x * x
	}
	close(ch2) // 必须要有一个结束信号, 否则后面的for循环会出错
	fmt.Println("Compute Complete!")
}
func printNumbers() {
	ch1 := make(chan int, 10)
	ch2 := make(chan int, 1)
	wg.Add(2)
	go numberGenerate(ch1)
	go compute(ch1, ch2)
	for ret := range ch2 {
		fmt.Println(ret)
	}
	wg.Wait()
}

// 例子: 开启3个goroutine完成100个任务
// 因为开多个routine会增加routine切换的开销, 所以一般只会建少量routine
func doTasksWithFewRoutines() {
	jobs := make(chan int, 100) // 实际场景会使用结构体定义Job
	results := make(chan int, 100)
	// 开启3个routine
	for w := 0; w < 3; w++ {
		go func(id int, jobs <-chan int, result chan<- int) {
			for job := range jobs {
				result <- job * job
				fmt.Printf("Job %d is doing %d\n", id, job)
				time.Sleep(time.Millisecond) // 增加一丢丢延迟
			}
		}(w, jobs, results)
	}
	// 100个任务
	for j := 0; j < 100; j++ {
		jobs <- j
	}
	close(jobs)
	for j := 0; j < 100; j++ {
		fmt.Println(<-results)
	}
}

// 使用select使通道多路复用
// select会从所有case中随机选择能执行的
// 下面的例子, i=0时, 只能执行 ch<-i
// i=1时, 只能执行 i<-ch
// 如果把make(chan int, 1)改成make(chan int, 10), 则结果会随机.
func selectMultiChannel() {
	ch := make(chan int, 1)
	for i := 0; i < 10; i++ {
		select {
		case x := <-ch: // [1]
			fmt.Println(x)
		case ch <- i: //[2]
		default: // 所有case都执行不了
		}
	}
}

// 互斥锁
func addUsingMutex() {
	var mutex sync.Mutex
	var wg sync.WaitGroup
	x := 0
	add := func() {
		defer wg.Done()
		for i := 0; i < 1000; i++ {
			mutex.Lock()
			x++
			time.Sleep(time.Millisecond * 3) // 故意增加的延迟
			mutex.Unlock()
		}
	}
	wg.Add(2)
	go add()
	go add()
	wg.Wait()
	fmt.Println(x)
}

// 读写互斥锁
// 很多场景下读的次数远多于写的次数
// 如果用互斥锁, 时间代价很大
// 用读写互斥锁会提高效率
func usingRWMutex() {
	var rwMutex sync.RWMutex // 定义读写锁
	var x int = 0
	write := func() {
		defer wg.Done()
		rwMutex.Lock() // 写锁
		x++
		time.Sleep(time.Millisecond) // 故意增加一些延迟
		rwMutex.Unlock()
	}
	read := func() {
		defer wg.Done()
		rwMutex.RLock() // 读锁
		fmt.Println("reading x =", x)
		rwMutex.RUnlock()
	}
	for i := 0; i < 10; i++ {
		wg.Add(1)
		go write()
	}
	for i := 0; i < 1000; i++ {
		wg.Add(1)
		go read()
	}
	wg.Wait()
}

// sync.Once 确保某些操作在高并发场景下只执行一次
func syncOnceTest() {
	var ch = make(chan int)
	var once sync.Once
	f := func() {
		once.Do(func() {
			close(ch)
		})
	}
	go f()
	go f() // 尽管调用了两次f, 但只会关闭一次通道
}

// sync.Map 并发安全的map
func syncMapTest() {
	var m sync.Map // 不需要用make初始化, 直接用
	var wg sync.WaitGroup
	for i := 0; i < 22; i++ {
		wg.Add(1)
		go func(i int) {
			defer wg.Done()
			key := strconv.Itoa(i) // int to ascii (整数转字符串)
			m.Store(key, i)        // map写入值
			v, ok := m.Load(key)   // map读取值
			fmt.Printf("key=%v\tok=%v\tvalue=%v\n", key, ok, v)
		}(i)
	}
	wg.Wait()
}

// 原子操作 atomic包
// 包含 Load Store Add Swap CompareAndSwap 5类操作
// The compare-and-swap operation, implemented by the CompareAndSwapT
// functions, is the atomic equivalent of:
//
//	if *addr == old {
//		*addr = new
//		return true
//	}
//	return false
func atomicTest() {
	var wg sync.WaitGroup
	var v int64 = 0
	for i := 0; i < 100000; i++ {
		wg.Add(1)
		go func() {
			defer wg.Done()
			atomic.AddInt64(&v, 1)
			// atomic.StoreInt64(&v, 100) // 赋值
		}()
	}
	wg.Wait()
	t := atomic.LoadInt64(&v)
	fmt.Println(t)
}

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