GO基础进阶篇 (七)、并发与并行

并发与并行

1. 并发 (Concurrency):

   • 定义: 并发是指在同一时间段内处理多个任务，但不一定是同时执行。在并发中，任务之间可能是交替执行的，通过时间片轮转的方式实现。
   • 场景: 并发通常用于提高系统的响应性，使程序能够在多个任务之间切换，避免某个任务阻塞导致整个系统停滞。
   • 模型: 在并发中，通常使用线程、进程或者协程来执行不同的任务。在单核处理器上，通过时间片轮转实现并发；在多核处理器上，不同的任务可以并行执行。

2. 并行 (Parallelism):

   • 定义: 并行是指在同一时刻执行多个任务，即多个任务同时进行。在并行中，每个任务都有自己的处理单元，可以独立运行，而不受其他任务的影响。
   • 场景: 并行通常用于利用多核处理器，加速计算过程，提高系统性能。并行性是一种更直接的同时执行多个任务的方式。
   • 模型: 在并行中，通常使用多个处理器核心来执行不同的任务。每个处理器核心可以独立执行指令，因此多个任务可以同时进行。
     

进程、线程与协程

在 Go 语言中，有三个主要的并发模型：进程、线程和协程。Go 语言通过 goroutine 和 channel 提供了方便且高效的并发编程工具。

1. 进程（Processes）：

• 定义：进程是独立运行的程序实例，每个进程都有自己的内存空间和系统资源，相互之间通常是隔离的。
• Go 中的表示：Go 语言本身不直接提供对进程的支持，而是依赖于操作系统的进程管理机制。你可以使用 os/exec 包来创建和执行外部进程。

2. 线程（Threads）：

• 定义：线程是操作系统调度的最小执行单位，多个线程可以在同一进程内共享相同的内存空间，但每个线程有自己的寄存器和栈。
• Go 中的表示：Go 语言的运行时调度器会在逻辑处理器上调度 goroutines。每个 goroutine 在一个线程上运行，但是 goroutines 的调度和管理是由 Go 的运行时系统完成的。

3. 协程（Goroutines）：

• 定义：协程是 Go 语言中的轻量级线程，由 Go 的运行时系统调度。协程是独立于线程的执行单位，它们由 Go 语言的运行时系统自行管理。
• 特点：相比于传统线程，协程的创建和销毁成本很低，因此可以轻松创建大量的协程。协程之间通过通道（channel）进行通信，这是 Go 语言并发模型的关键部分。
• 创建和使用：使用 go 关键字可以创建一个新的 goroutine。例如：go func() { /* 代码 */ }()

以下是一个简单的例子，演示如何使用协程和通道实现并发编程：

package main

import (
	"fmt"
)

func main() {
	go printNumbers()
	for i := 0; i < 100; i++ {
		fmt.Println("main", i)
	}
}
func printNumbers() {
	for i := 0; i < 100; i++ {
		fmt.Println("函數內部", i)
	}
}

上面的例子中，两处fmt将以并发的形式交替执行。

Goroutine的规则：

• 当新的Goroutine开始时，Goroutine调用立即返回。与函数不同，go不等待Goroutine执行结束
• 当Goroutine调用，并且Goroutine的任何返回值被忽略后，go立即执行到下一行代码
• 当main的进程终止后，程序将被终止，其他正在执行的Goroutine将不会运行。上面的例子中，main进程的循环条件改为 i < 1,则有可能子携程还未开启，程序就结束了

主Goroutine

封装main函数的Goroutine称为主Goroutine。
主Goroutine所做的工作并非执行main函数那么简单。它首先要做的是：设定每一个Goroutine所能申请到的栈空间的最大尺寸。在32位的计算机中，最大尺寸为250M。在64位计算机中，最大尺寸为1GB。如果某个Goroutine使用的栈空间超出最大尺寸。系统会产生栈溢出（stack overflow）的恐慌。程序也将终止。
最大尺寸设定完成后，将会进行一下步骤：

• 创建一个defer，用于处理主Goroutine退出时的必要操作，因为主Goroutine可能会异常结束。
• 启用专用于在后台清扫内存垃圾的Goroutine，并设置GC可用的标记。
• 执行main包应用包下的所有init函数。
• 执行main函数
• 结束主Goroutine