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golang并发编程中Goroutine 协程的实现

2024年11月26日 Golang 我要评论
go 协程(goroutine)是 go 语言提供的一种轻量级线程,由 go 运行时来管理。是与其他函数同时运行的函数,它们是并发执行代码的基础。在函数调用前加上 go 关键字,这次调用就会在一个新的

go 协程(goroutine)是 go 语言提供的一种轻量级线程,由 go 运行时来管理。是与其他函数同时运行的函数,它们是并发执行代码的基础。

在函数调用前加上 go 关键字,这次调用就会在一个新的 goroutine 中并发执行。当被调用的函数返回时,这个 goroutine 也自动结束。

需要注意的是,如果这个函数有返回值,那么这个返回值会被丢弃。

go 协程(goroutine)之间通过通道(channel)进行通信,简单的说就是多个协程之间通信的管道。通道可以防止多个协程访问共享内存时发生资源争抢的问题。

启动 goroutine

要启动一个新的 goroutine,只需要在函数调用前加上 go 关键字。例如:

这行代码会启动一个新的 goroutine 来执行 myfunction

goroutine 的特性

  • 轻量级:goroutine 比传统线程更轻量级。每个 goroutine 使用的内存非常少,启动速度也更快。
  • 调度:goroutine 由 go 运行时管理和调度,而不是操作系统。
  • 栈管理:goroutine 的栈是动态增长的,初始大小一般较小(如 2kb),但可以根据需要动态扩展,最大可达 1gb。

同步和通信

在 go 中,同步和通信通常通过通道(channel)来实现。通道是 go 语言提供的一种类型安全的通信机制。

创建通道

可以使用 make 函数创建通道:

发送和接收

使用 <- 操作符可以发送和接收数据:

// 发送数据到通道
ch <- 42
// 从通道接收数据
value := <-ch

带缓冲的通道

创建带缓冲的通道:

ch := make(chan int, 100)

这样通道可以在不阻塞发送 goroutine 的情况下缓冲一定数量的数据。

示例代码

以下是一个简单的 goroutine 和通道的示例:

package main
import (
 "fmt"
 "time"
)

func worker(ch chan int) {
 for i := 0; i < 5; i++ {
 ch <- i
 time.sleep(time.second)
 }
 close(ch)
}

func main() {
 ch := make(chan int)
 go worker(ch)
 for val := range ch {
 fmt.println(val)
 }
}

在这个例子中,worker 函数向通道 ch 发送数据,然后 main 函数从通道 ch 接收数据并打印。

goroutines 和主程序

需要注意的是,如果主程序退出,所有未完成的 goroutines 也会立即终止。因此,通常需要确保主程序等待所有 goroutines 完成。例如,可以使用 sync.waitgroup 来实现这一点:

package main

import (
 "fmt"
 "sync"
)

func worker(wg *sync.waitgroup, id int) {
 defer wg.done()
 fmt.printf("worker %d starting\n", id)
 // 模拟工作
 time.sleep(time.second)
 fmt.printf("worker %d done\n", id)
}

func main() {
 var wg sync.waitgroup
 for i := 1; i <= 5; i++ {
 wg.add(1)
 go worker(&wg, i)
 }
 wg.wait()
 fmt.println("all workers done")
}

这个示例使用 sync.waitgroup 来等待所有的 goroutines 完成。wg.add(1) 用于增加计数,wg.done() 在 goroutine 完成时减少计数,wg.wait() 则阻塞直到所有的 goroutines 完成。

协程、线程、进程

协程、线程和进程是并发和并行编程中的三种主要概念。它们有不同的特性和适用场景,以下是它们的主要区别:

进程 (process)

定义

  • 进程是操作系统中资源分配的基本单位。
  • 每个进程都有自己的内存空间、文件描述符和其他资源。

特点

  • 隔离性:进程之间是相互独立的,一个进程的崩溃不会影响其他进程。
  • 开销大:进程之间切换的开销较大,需要保存和恢复大量上下文信息。
  • 通信复杂:进程间通信(ipc,如管道、消息队列、共享内存等)相对复杂。

适用场景

  • 适用于需要高度隔离和独立运行的任务。
  • 适用于不同编程语言和不同平台之间的并发处理。

线程 (thread)

定义

  • 线程是进程中的一个执行单元,属于进程的一部分。
  • 同一进程中的线程共享该进程的内存和其他资源。

特点

  • 轻量级:相比进程,线程的创建和切换开销较小。
  • 共享资源:同一进程内的线程可以直接访问共享的内存和资源,但也因此带来了同步问题。
  • 并发执行:多个线程可以在多核 cpu 上并发执行。

适用场景

  • 适用于需要并行处理的任务,如多线程服务器、并行计算等。
  • 适用于需要频繁切换和低开销的场景。

协程 (coroutine)

定义

  • 协程是一种用户态的轻量级线程,也称为微线程或纤程。
  • 协程由程序自身管理调度,而不是操作系统。

特点

  • 更轻量级:协程的创建和切换开销更小,因为不涉及内核态的切换。
  • 协作式调度:协程通过显式的让出操作(如 yield)来切换,控制权由程序员掌握。
  • 共享内存:同一线程内的协程可以共享内存,但需要注意同步问题。

适用场景

  • 适用于 i/o 密集型任务,如高并发网络服务器。
  • 适用于需要大量并发但对并行性要求不高的场景,如爬虫、异步编程等。

总结

  • 进程:资源隔离好,开销大,适用于独立运行的任务。
  • 线程:资源共享,开销较小,适用于需要并行处理的任务。
  • 协程:更轻量级,用户态调度,适用于大量并发的 i/o 密集型任务。

各自的选择主要取决于具体的应用场景和性能需求。协程在现代编程中越来越受欢迎,尤其是在需要高并发和高效 i/o 操作的场景中。

到此这篇关于golang并发编程中goroutine 协程的实现的文章就介绍到这了,更多相关golang goroutine 协程内容请搜索代码网以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持代码网!

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