示例: 并发的字典遍历

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2023-12-01

8.8. 示例: 并发的目录遍历

在本小节中，我们会创建一个程序来生成指定目录的硬盘使用情况报告，这个程序和Unix里的du工具比较相似。大多数工作用下面这个walkDir函数来完成，这个函数使用dirents函数来枚举一个目录下的所有入口。

gopl.io/ch8/du1

// walkDir recursively walks the file tree rooted at dir
// and sends the size of each found file on fileSizes.
func walkDir(dir string, fileSizes chan<- int64) {
    for _, entry := range dirents(dir) {
        if entry.IsDir() {
            subdir := filepath.Join(dir, entry.Name())
            walkDir(subdir, fileSizes)
        } else {
            fileSizes <- entry.Size()
        }
    }
}

// dirents returns the entries of directory dir.
func dirents(dir string) []os.FileInfo {
    entries, err := ioutil.ReadDir(dir)
    if err != nil {
        fmt.Fprintf(os.Stderr, "du1: %v\n", err)
        return nil
    }
    return entries
}

ioutil.ReadDir函数会返回一个os.FileInfo类型的slice，os.FileInfo类型也是os.Stat这个函数的返回值。对每一个子目录而言，walkDir会递归地调用其自身，并且会对每一个文件也递归调用。walkDir函数会向fileSizes这个channel发送一条消息。这条消息包含了文件的字节大小。

下面的主函数，用了两个goroutine。后台的goroutine调用walkDir来遍历命令行给出的每一个路径并最终关闭fileSizes这个channel。主goroutine会对其从channel中接收到的文件大小进行累加，并输出其和。

package main

import (
    "flag"
    "fmt"
    "io/ioutil"
    "os"
    "path/filepath"
)

func main() {
    // Determine the initial directories.
    flag.Parse()
    roots := flag.Args()
    if len(roots) == 0 {
        roots = []string{"."}
    }

    // Traverse the file tree.
    fileSizes := make(chan int64)
    go func() {
        for _, root := range roots {
            walkDir(root, fileSizes)
        }
        close(fileSizes)
    }()

    // Print the results.
    var nfiles, nbytes int64
    for size := range fileSizes {
        nfiles++
        nbytes += size
    }
    printDiskUsage(nfiles, nbytes)
}

func printDiskUsage(nfiles, nbytes int64) {
    fmt.Printf("%d files  %.1f GB\n", nfiles, float64(nbytes)/1e9)
}

这个程序会在打印其结果之前卡住很长时间。

$ go build gopl.io/ch8/du1
$ ./du1 $HOME /usr /bin /etc
213201 files  62.7 GB

如果在运行的时候能够让我们知道处理进度的话想必更好。但是，如果简单地把printDiskUsage函数调用移动到循环里会导致其打印出成百上千的输出。

下面这个du的变种会间歇打印内容，不过只有在调用时提供了-v的flag才会显示程序进度信息。在roots目录上循环的后台goroutine在这里保持不变。主goroutine现在使用了计时器来每500ms生成事件，然后用select语句来等待文件大小的消息来更新总大小数据，或者一个计时器的事件来打印当前的总大小数据。如果-v的flag在运行时没有传入的话，tick这个channel会保持为nil，这样在select里的case也就相当于被禁用了。

gopl.io/ch8/du2

var verbose = flag.Bool("v", false, "show verbose progress messages")

func main() {
    // ...start background goroutine...

    // Print the results periodically.
    var tick <-chan time.Time
    if *verbose {
        tick = time.Tick(500 * time.Millisecond)
    }
    var nfiles, nbytes int64
loop:
    for {
        select {
        case size, ok := <-fileSizes:
            if !ok {
                break loop // fileSizes was closed
            }
            nfiles++
            nbytes += size
        case <-tick:
            printDiskUsage(nfiles, nbytes)
        }
    }
    printDiskUsage(nfiles, nbytes) // final totals
}

由于我们的程序不再使用range循环，第一个select的case必须显式地判断fileSizes的channel是不是已经被关闭了，这里可以用到channel接收的二值形式。如果channel已经被关闭了的话，程序会直接退出循环。这里的break语句用到了标签break，这样可以同时终结select和for两个循环；如果没有用标签就break的话只会退出内层的select循环，而外层的for循环会使之进入下一轮select循环。

现在程序会悠闲地为我们打印更新流：

$ go build gopl.io/ch8/du2
$ ./du2 -v $HOME /usr /bin /etc
28608 files  8.3 GB
54147 files  10.3 GB
93591 files  15.1 GB
127169 files  52.9 GB
175931 files  62.2 GB
213201 files  62.7 GB

然而这个程序还是会花上很长时间才会结束。无法对walkDir做并行化处理没什么别的原因，无非是因为磁盘系统并行限制。下面这个第三个版本的du，会对每一个walkDir的调用创建一个新的goroutine。它使用sync.WaitGroup (§8.5)来对仍旧活跃的walkDir调用进行计数，另一个goroutine会在计数器减为零的时候将fileSizes这个channel关闭。

gopl.io/ch8/du3

func main() {
    // ...determine roots...
    // Traverse each root of the file tree in parallel.
    fileSizes := make(chan int64)
    var n sync.WaitGroup
    for _, root := range roots {
        n.Add(1)
        go walkDir(root, &n, fileSizes)
    }
    go func() {
        n.Wait()
        close(fileSizes)
    }()
    // ...select loop...
}

func walkDir(dir string, n *sync.WaitGroup, fileSizes chan<- int64) {
    defer n.Done()
    for _, entry := range dirents(dir) {
        if entry.IsDir() {
            n.Add(1)
            subdir := filepath.Join(dir, entry.Name())
            go walkDir(subdir, n, fileSizes)
        } else {
            fileSizes <- entry.Size()
        }
    }
}

由于这个程序在高峰期会创建成百上千的goroutine，我们需要修改dirents函数，用计数信号量来阻止他同时打开太多的文件，就像我们在8.7节中的并发爬虫一样：

// sema is a counting semaphore for limiting concurrency in dirents.
var sema = make(chan struct{}, 20)

// dirents returns the entries of directory dir.
func dirents(dir string) []os.FileInfo {
    sema <- struct{}{}        // acquire token
    defer func() { <-sema }() // release token
    // ...

这个版本比之前那个快了好几倍，尽管其具体效率还是和你的运行环境，机器配置相关。

练习 8.9： 编写一个du工具，每隔一段时间将root目录下的目录大小计算并显示出来。