Go语言并发简述
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2023-03-14
有人把Go语言比作 21 世纪的C语言，第一是因为Go语言设计简单，第二则是因为 21 世纪最重要的就是并发程序设计，而 Go 从语言层面就支持并发。同时实现了自动垃圾回收机制。
Go语言的并发机制运用起来非常简便，在启动并发的方式上直接添加了语言级的关键字就可以实现，和其他编程语言相比更加轻量。
下面来介绍几个概念：
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。
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。
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。
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。
goroutine 的用法如下：
如果需要了解程序的执行情况，怎么拿到并行的结果呢？需要配合使用channel进行。
channel 是进程内的通信方式，因此通过 channel 传递对象的过程和调用函数时的参数传递行为比较一致，比如也可以传递指针等。如果需要跨进程通信，我们建议用分布式系统的方法来解决，比如使用 Socket 或者 HTTP 等通信协议。Go语言对于网络方面也有非常完善的支持。
channel 是类型相关的，也就是说，一个 channel 只能传递一种类型的值，这个类型需要在声明 channel 时指定。如果对 Unix 管道有所了解的话，就不难理解 channel，可以将其认为是一种类型安全的管道。
定义一个 channel 时，也需要定义发送到 channel 的值的类型，注意，必须使用 make 创建 channel，代码如下所示：
并发则意味着程序在运行时有多个执行上下文，对应着多个调用栈。我们知道每一个进程在运行时，都有自己的调用栈和堆，有一个完整的上下文，而操作系统在调度进程的时候，会保存被调度进程的上下文环境，等该进程获得时间片后，再恢复该进程的上下文到系统中。
从整个操作系统层面来说，多个进程是可以并发的，那么并发的价值何在？下面我们先看以下几种场景。
1) 一方面我们需要灵敏响应的图形用户界面，一方面程序还需要执行大量的运算或者 IO 密集操作，而我们需要让界面响应与运算同时执行。
2) 当我们的 Web 服务器面对大量用户请求时，需要有更多的“Web 服务器工作单元”来分别响应用户。
3) 我们的事务处于分布式环境上，相同的工作单元在不同的计算机上处理着被分片的数据，计算机的 CPU 从单内核（core）向多内核发展，而我们的程序都是串行的，计算机硬件的能力没有得到发挥。
4) 我们的程序因为 IO 操作被阻塞，整个程序处于停滞状态，其他 IO 无关的任务无法执行。
从以上几个例子可以看到，串行程序在很多场景下无法满足我们的要求。下面我们归纳了并发程序的几条优点，让大家认识到并发势在必行：
Go语言的并发机制运用起来非常简便，在启动并发的方式上直接添加了语言级的关键字就可以实现，和其他编程语言相比更加轻量。
下面来介绍几个概念：
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。
并发/并行
多线程程序在单核心的 cpu 上运行，称为并发；多线程程序在多核心的 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。
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。
Goroutine 介绍
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。
goroutine 的用法如下：
//go 关键字放在方法调用前新建一个 goroutine 并执行方法体
go GetThingDone(param1, param2);
//新建一个匿名方法并执行
go func(param1, param2) {
}(val1, val2)
//直接新建一个 goroutine 并在 goroutine 中执行代码块
go {
//do someting...
} 因为 goroutine 在多核 cpu 环境下是并行的，如果代码块在多个 goroutine 中执行，那么我们就实现了代码的并行。
如果需要了解程序的执行情况，怎么拿到并行的结果呢？需要配合使用channel进行。
channel
channel 是Go语言在语言级别提供的 goroutine 间的通信方式。我们可以使用 channel 在两个或多个 goroutine 之间传递消息。channel 是进程内的通信方式，因此通过 channel 传递对象的过程和调用函数时的参数传递行为比较一致，比如也可以传递指针等。如果需要跨进程通信，我们建议用分布式系统的方法来解决，比如使用 Socket 或者 HTTP 等通信协议。Go语言对于网络方面也有非常完善的支持。
channel 是类型相关的，也就是说，一个 channel 只能传递一种类型的值，这个类型需要在声明 channel 时指定。如果对 Unix 管道有所了解的话，就不难理解 channel，可以将其认为是一种类型安全的管道。
定义一个 channel 时，也需要定义发送到 channel 的值的类型，注意，必须使用 make 创建 channel，代码如下所示：
ci := make(chan int)
cs := make(chan string)
cf := make(chan interface{}) 回到在 Windows 和 Linux 出现之前的古老年代，在开发程序时并没有并发的概念，因为命令式程序设计语言是以串行为基础的，程序会顺序执行每一条指令，整个程序只有一个执行上下文，即一个调用栈，一个堆。
并发则意味着程序在运行时有多个执行上下文，对应着多个调用栈。我们知道每一个进程在运行时，都有自己的调用栈和堆，有一个完整的上下文，而操作系统在调度进程的时候，会保存被调度进程的上下文环境，等该进程获得时间片后，再恢复该进程的上下文到系统中。
从整个操作系统层面来说，多个进程是可以并发的，那么并发的价值何在？下面我们先看以下几种场景。
1) 一方面我们需要灵敏响应的图形用户界面，一方面程序还需要执行大量的运算或者 IO 密集操作，而我们需要让界面响应与运算同时执行。
2) 当我们的 Web 服务器面对大量用户请求时，需要有更多的“Web 服务器工作单元”来分别响应用户。
3) 我们的事务处于分布式环境上，相同的工作单元在不同的计算机上处理着被分片的数据，计算机的 CPU 从单内核（core）向多内核发展，而我们的程序都是串行的，计算机硬件的能力没有得到发挥。
4) 我们的程序因为 IO 操作被阻塞，整个程序处于停滞状态，其他 IO 无关的任务无法执行。
从以上几个例子可以看到，串行程序在很多场景下无法满足我们的要求。下面我们归纳了并发程序的几条优点，让大家认识到并发势在必行：
- 并发能更客观地表现问题模型；
- 并发可以充分利用 CPU 核心的优势，提高程序的执行效率；
- 并发能充分利用 CPU 与其他硬件设备固有的异步性。