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玩转goroutine：Golang中对goroutine的理解

article 2025/2/6 16:55:19

文章目录

- 前言
- 什么是 goroutine？
- goroutine 的基本工作原理
- 启动和执行goroutine
- goroutine与线程的区别
- 调度与上下文切换
- 同步机制
- - Channel同步机制
  - WaitGroup 等待执行
  - Mutex(互斥锁)
- goroutine性能优化
- 总结

前言

Go语言的 goroutine 是一种轻量级的线程管理机制，它是 Go 提供的并发编程的核心之一。与传统的线程相比，goroutine 的创建和销毁开销非常小，可以轻松地处理成千上万的并发任务。理解 goroutine 的机制对于高效编写 Go 并发代码非常重要。

什么是 goroutine？

在 Go 中，goroutine 是一个由 Go 运行时（runtime）管理的轻量级线程。你可以使用 go 关键字来启动一个新的 goroutine，它会在后台并发执行某个函数。不同于传统的线程，goroutine 的创建和销毁非常快速且开销小。

go myFunction()  // 启动一个 goroutine

goroutine 的基本工作原理

轻量级：每个goroutine 都有自己的栈，但是初始栈非常小（通常是2KB），当需要更多的栈空间时，Go运行时会自动扩展栈的大小。
多路复用：Go使用一种被称为M:N线程模型的机制。这里的M表示操作系统的线程数，N表示goroutine的数目。Go运行时会将多个goroutine映射到少量的操作系统线程上，从而实现轻量级的并发处理。
调度器：Go运行时有一个调度器负责管理所有的goroutine，调度器会在不同的goroutine之间切换，并确保它们并发执行。

启动和执行goroutine

通过go关键字可以启动一个新的goroutine：

func printNumbers() {
	for i := 1; i <= 5; i++ {
		fmt.Println(i)
	}
}
func main() {
	go printNumbers(). // 启动goroutine
	fmt.Println("Main function is done.")
}

在以上的例子中，printNumbers函数会在一个goroutine中执行，而main函数继续执行其他代码，输出的顺序上不确定的，因为goroutine的调度顺序是由Go运行时决定的。

goroutine与线程的区别

内存开销：goroutine的内存开销远小于操作系统进程，通常一个goroutine的栈空间是2KB，而一个操作系统线程的栈通常是几MB。
创建开销：创建goroutine的开销要远低于创建操作系统线程，因为不需要与操作系统进行大量的上下文切换和资源分配。
调度：Go运行时调度器负责管理goroutine的调度，多个goroutine共享较少的操作系统线程，这样可以大大提高并发度。

调度与上下文切换

Go的调度器会定期将goroutine切换到不同的CPU核心上执行。调度器会根据以下原则来决定何时切换goroutine:

如果goroutine执行的任务需要较长时间，调度器可能会进行主动切换，允许其他goroutine执行。
当goroutine执行阻塞操作时（例如等待I/O），Go允许时会将其挂起，并运行其他goroutine。

同步机制

虽然goroutine是并发执行的，但在很多情况下我们需要协调它们的执行，避免并发冲突。Go提供了多种同步机制：

Channel同步机制

Go中的Channel是一种非常常用的同步机制，用于在不同的goroutine之间传递数据。通过channel可以将数据从一个goroutine发送到另一个goroutine并实现同步。

func sayHello(c chan string) {
	c <- "Hello from goroutine!"
}
func main(){
	ch := make(chan string) // 创建一个channel
	go sayHello(ch)  // 启动goroutine
	msg := <-ch  // 从ch接收数据
	fmt.Println(msg) // 输出从"Hello from goroutine!"
}

WaitGroup 等待执行

sync.WaitGroup用于等待一组goroutine执行完成，它通常用于在主程序中等待多个goroutine完成工作。

import "sync"

func doWork(wg *sync.WaitGroup){
	defer wg.Done() // 执行完成后调用Done()，通知WaitGroup
	fmt.Println("Working...")
}

func main() {
	var wg,sync.WaitGroup
	wg.Add(2) // 计数器增加2
	go doWork(&wg)
	go doWork(&wg)
	wg.Wait() // 等待所有goroutine执行完成
}

Mutex(互斥锁)

当多个goroutine共享某个资源时，可能会发生数据竞争。Go提供了sync.Mutex来保证在同一时刻只有一个goroutine 能访问共享资源。

import "sync"

var mu,sync.Mutex
var counter int

func increment() {
	mu.Lock()   // 上锁，防止其他goroutine 访问
	counter ++
	mu.Unlock()   // 解锁，允许其他goroutine 访问
}

func main() {
	for i := 0; i< 1000; i++ {
		go increment()
	}
	time.Sleep(time.Second)  // 等待goroutine执行完成
	fmt.Println(counter)
}