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go语言学习-并发编程（并发并行、线程协程、通道channel）

article 2024/9/22 1:04:28

1、概念

1.1 并发和并行

并发:具有处理多个任务的能力 (是一个处理器在处理任务)，cpu处理不同的任务会有时间错位，比如有A B 两个任务，某一时间段内在处理A任务，这时A任务需要停止运行一段时间，那么会切换到处理B任务，B任务停止运行，在切换处理A任务，只不过CPU处理快，看起来是同时处理多个任务。
并行:同时执行多个任务的能力 (多个处理器) 。比如3 个任务同时创建，cpu是3核的，那么3个处理器同时处理就是并行。

1.2 线程和协程

线程(Thread)是计算机操作系统中程序运行时最小的执行单元，，是CPU调度的基本单元。一个线程可以理解为一个任务，都具有一个独立的控制流。（python和java一般会使用，一个线程占用内存8MB）
在多线程编程中，可以将不同的任务或操作封装在不同的线程中，然后并发地执行这些任务，从而提高程序的性能和响应速度。
协程(Coroutine)是一种轻量级的线程，也被称为用户态线程。与操作系统中的线程不同，协程由程序员自己管理调度。协程可以使用更少的资源，更快的创建和销毁，协程之间可以通过通道 (Channel) 进行通信和同步，避免了传统线程中锁等同步机制的开销和复杂性。（go使用的是协程，一个协程占用内存2KB）

2、go实现并发处理（GoRoutine）

GoRoutine实现：只需要语句前添加go关键字即可。

注意：主程序创建了协程以后，并不会等待所有的协程执行成功，需要主程序等待协程处理完成之后再去退出主程序

package main

import (
	"fmt"
	"time"
)

// 做包子的函数
func makeBuns(filling string) {
	startTime := time.Now()
	fmt.Printf("%s馅开始的时间:%s", filling, startTime)
	fmt.Printf("开始做%s馅的包子\n", filling)
	// 1. 剁馅
	fmt.Printf("开始剁%s馅...\n", filling)
	// 2. 擀皮
	fmt.Println("开始擀皮...")
	time.Sleep(time.Second)
	// 3. 包包子
	fmt.Printf("开始包%s馅的包子...\n", filling)
	// 4. 蒸
	fmt.Printf("开始蒸%s馅的包子...\n", filling)
	cost := time.Since(startTime)
	fmt.Printf("%s馅共耗费的时间:%s", filling, cost)
}

func main() {
	// go： goroutine并发处理，go 代码语句
	// 协程：2KB，线程：8MB
	// 不需要关心协程的底层逻辑、内存管理以及垃圾回收
	fillings := []string{"韭菜", "鸡蛋", "西葫芦"}
	for _, v := range fillings {
		// 包
		go makeBuns(v) // 它的时间会缩短吗？
		// 主程序创建了协程以后，并不会等待所有的协程执行成功，需要主程序等待协程处理完成之后再去退出主程序
	}
	time.Sleep(time.Second * 3) // 开发程序时不能用time.Sleep去等待!!!!
}

通过运行函数可以发现基本是同一时间执行的。
在这里插入图片描述

3、通道

3.1 基本语法

	// go的通道，也是一种类型。channel1 := make(chan 类型)就可以声明一个通道。这个通道可以理解为类似于共享文件的存储。
	//如果通道内没有数据，就会一直在此处阻塞，直到取到数据为止
	//通道打开之后需要通过closer关闭
	buns := make(chan string) //该通道只有一个位置
	buns := make(chan string,5) //该通道有五个位置
	channel <- "数据1" //发送数据
	data := <- channel //取数据
	defer close(buns) //等程序执行完后，关闭通道

3.2 阻塞原理

buns := make(chan string)
 
//1、此时的通道默认只有一个位置，比如传入了值，那么下一个值传需要等待这个值被拿走，才可以有另外的一个数据进入。
//2、如果这个通道里面没有数据，也会被阻塞，等待有数据后，才可以继续往下走流程。

3.3 实践

package main

import (
	"fmt"
	"time"
)

// 做包子的函数
func makeBuns(filling string, buns chan string) {
	fmt.Printf("开始做%s馅的包子\n", filling)
	// 1. 剁馅
	fmt.Printf("开始剁%s馅...\n", filling)
	// 2. 擀皮
	fmt.Println("开始擀皮...")
	time.Sleep(time.Second)
	// 3. 包包子
	fmt.Printf("开始包%s馅的包子...\n", filling)
	// 4. 蒸
	fmt.Printf("开始蒸%s馅的包子...\n", filling)
	// 5. 蒸好了
	time.Sleep(time.Second * 1)
	fmt.Printf("%s馅包子已经蒸好了，可以上菜了,蒸好的时间是:%s\n", filling, time.Now())
	// 6. 上菜
	// 在这个位置把蒸好的包子放到通道内
	buns <- filling
	fmt.Printf("%s馅包子已经放在了上菜区，放置时间是:%s\n", filling, time.Now())
}

// 上菜的函数
// func waiter(buns chan string) {
// 	// 把蒸好的包子拿出来去上菜
// 	bun := <-buns
// 	fmt.Printf("上菜：%s, 上菜时间:%s\n", bun, time.Now())
// }


func main() {
	// go的通道，也是一种类型。channel1 := make(chan 类型)就可以声明一个通道
	// 发送数据: channel1 <- "数据1"
	// 取数据: data1 := <- channel1
	// 定义一个蒸好的包子的通道
	buns := make(chan string, 5)
	defer close(buns) //通道打开之后需要关闭
	// go： goroutine并发处理，go 代码语句
	// 协程：2KB，线程：8MB
	// 不需要关心协程的底层逻辑、内存管理以及垃圾回收
	// 做包子
	//
	fillings := []string{"韭菜", "鸡蛋", "西葫芦"}
	startTime := time.Now()
	for _, v := range fillings {
		// 包
		go makeBuns(v, buns) 
		// 主程序创建了协程以后，并不会等待所有的协程执行成功，需要主程序等待协程处理完成之后再去退出主程序
	}
	//取包子
	for i := 0; i < len(fillings); i++ {
		// 在这里直接去包子
		// 把蒸好的包子拿出来去上菜
		time.Sleep(3 * time.Second)
		bun := <-buns // 如果通道内没有数据，就会一直在此处阻塞，直到取到数据为止
		fmt.Printf("上菜：%s, 上菜时间:%s\n", bun, time.Now())
	}
	cost := time.Since(startTime)
	fmt.Println("共耗费的时间:", cost)
	// time.Sleep(time.Second * 3) // 开发程序时不能用time.Sleep去等待!!!!

}

3.4 Select处理多个channel通道

比如一个饭店多个菜系的师傅，然后相关菜系会放到对应的存放位置，然后服务员到对一个的位置取菜。

//select 基础语法

select {
	case dish := <-chef1:
		fmt.Println("厨师chef1已经做好了:", dish)
	case dish := <-chef2:
		fmt.Println("厨师chef2已经做好了:", dish)
	case <-time.After(time.Second * 3): //对通道进行超市时间处理时候常用time.After
		fmt.Println("你们做饭太慢了，我不吃了，拜拜")
	}
// select包含多个case语句，每个case语句用于接收某一个通道的数据，当某一个通道有了数据之后，就会执行对应的case语句。多个case语句，同时都包含了数据，不确定，会随机执行某一个

//练习
package main

import (
	"fmt"
	"time"
)

// 做菜的函数
func cookDish(chef, dishName string, c chan string) {
	fmt.Printf("厨师:%s正在做:%s\n", chef, dishName)
	time.Sleep(time.Second * 5)
	// 做好的菜放进通道内
	c <- dishName
}

func main() {
	// 定义两个channel去存放不同的数据
	chef1 := make(chan string)
	chef2 := make(chan string)
	go cookDish("chef1", "烤鸭", chef1)
	go cookDish("chef2", "佛跳墙", chef2)

	// 等待获取数据
	// select包含多个case语句，每个case语句用于接收某一个通道的数据
	// 当某一个通道有了数据之后，就会执行对应的case语句
	// 多个case语句，同时都包含了数据，不确定，会随机执行某一个
	select {
	case dish := <-chef1:
		fmt.Println("厨师chef1已经做好了:", dish)
	case dish := <-chef2:
		fmt.Println("厨师chef2已经做好了:", dish)
	case <-time.After(time.Second * 3):
		fmt.Println("你们做饭太慢了，我不吃了，拜拜")
	}
	close(chef1)
	close(chef2)
}

3.5 监听通道的退出信号

//通过定义Bool类型的通道，可以快速监听退出信号或者监听错误信息
package main

import (
	"fmt"
	"time"
)

//定义拧螺丝的函数
func screw(c chan int) {
	i := 1
	for {
		fmt.Printf("正在拧第%d个螺丝\n", i)
		c <- i
		i++
		time.Sleep(time.Second)
	}
}

func main() {
	// 定义一个拧螺丝的通道
	screwChan := make(chan int, 100)
	// 定义一个关闭通道的通道
	stop := make(chan bool)
	go screw(screwChan)
	go func() {
		time.Sleep(10 * time.Second)
		fmt.Println("下班了，走啦，不干了")
		stop <- true
	}()
	for {
		select {
		case <-stop:
			// 说明我们的倒计时已经到了，并且往stop这个通道内发送了true的数据
			fmt.Println("下班了，不弄了")
			return
		case s := <-screwChan:
			fmt.Printf("第%d个螺丝已完成\n", s)
		}
	}
}