Golang 并发Groutine实例解读（一）

Go语言的并发和并行

不知道你有没有注意到一个现象，还是这段代码，如果我跑在两个goroutines里面的话:

var quit chan int = make(chan int)

func loop() {
    for i := 0; i < 10; i++ {
        fmt.Printf("%d ", i)
    }
    quit <- 0
}


func main() {
    // 开两个goroutine跑函数loop, loop函数负责打印10个数
    go loop()
    go loop()

    for i := 0; i < 2; i++ {
        <- quit
    }
}

我们观察下输出:

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

这是不是有什么问题？?

以前我们用线程去做类似任务的时候，系统的线程会抢占式地输出， 表现出来的是乱序地输出。而goroutine为什么是这样输出的呢？

goroutine是在并行吗？

我们找个例子测试下:

package main

import "fmt"
import "time"

var quit chan int

func foo(id int) {
    fmt.Println(id)
    time.Sleep(time.Second) // 停顿一秒
    quit <- 0 // 发消息：我执行完啦！
}


func main() {
    count := 1000
    quit = make(chan int, count) // 缓冲1000个数据

    for i := 0; i < count; i++ { //开1000个goroutine
        go foo(i)
    }

    for i :=0 ; i < count; i++ { // 等待所有完成消息发送完毕。
        <- quit
    }
}

让我们跑一下这个程序(之所以先编译再运行，是为了让程序跑的尽量快,测试结果更好):

go build test.go
time ./test
./test  0.01s user 0.01s system 1% cpu 1.016 total

我们看到，总计用时接近一秒。 貌似并行了！

我们需要首先考虑下什么是并发, 什么是并行

并行和并发

从概念上讲，并发和并行是不同的, 简单来说看这个图片

• 两个队列，一个Coffee机器，那是并发
• 两个队列，两个Coffee机器，那是并行

那么回到一开始的疑问上，从上面的两个例子执行后的表现来看，多个goroutine跑loop函数会挨个goroutine去进行，而sleep则是一起执行的。

这是为什么？

默认地， Go所有的goroutines只能在一个线程里跑 。

也就是说， 以上两个代码都不是并行的，但是都是是并发的。

如果当前goroutine不发生阻塞，它是不会让出CPU给其他goroutine的, 所以例子一中的输出会是一个一个goroutine进行的，而sleep函数则阻塞掉了 当前goroutine, 当前goroutine主动让其他goroutine执行, 所以形成了逻辑上的并行, 也就是并发。

真正的并行

为了达到真正的并行，我们需要告诉Go我们允许同时最多使用多个核。

回到起初的例子，我们设置最大开2个原生线程, 我们需要用到runtime包(runtime包是goroutine的调度器):

import (
    "fmt"
    "runtime"
)

var quit chan int = make(chan int)

func loop() {
    for i := 0; i < 100; i++ { //为了观察，跑多些
        fmt.Printf("%d ", i)
    }
    quit <- 0
}

func main() {
    runtime.GOMAXPROCS(2) // 最多使用2个核

    go loop()
    go loop()

    for i := 0; i < 2; i++ {
        <- quit
    }
}

这下会看到两个goroutine会抢占式地输出数据了。

我们还可以这样显式地让出CPU时间：

func loop() {
    for i := 0; i < 10; i++ {
        runtime.Gosched() // 显式地让出CPU时间给其他goroutine
        fmt.Printf("%d ", i)
    }
    quit <- 0
}


func main() {

    go loop()
    go loop()

    for i := 0; i < 2; i++ {
        <- quit
    }
}

观察下结果会看到这样有规律的输出:

0 0 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7 8 8 9 9

其实，这种主动让出CPU时间的方式仍然是在单核里跑。但手工地切换goroutine导致了看上去的“并行”。

runtime调度器

runtime调度器是个很神奇的东西，但是我真是但愿它不存在，我希望显式调度能更为自然些，多核处理默认开启。

关于runtime包几个函数:

• Gosched 让出cpu

• NumCPU 返回当前系统的CPU核数量

• GOMAXPROCS 设置最大的可同时使用的CPU核数

• Goexit 退出当前goroutine(但是defer语句会照常执行)

总结

我们从例子中可以看到，默认的, 所有goroutine会在一个原生线程里跑，也就是只使用了一个CPU核。

在同一个原生线程里，如果当前goroutine不发生阻塞，它是不会让出CPU时间给其他同线程的goroutines的，这是Go运行时对goroutine的调度，我们也可以使用runtime包来手工调度。

本文开头的两个例子都是限制在单核CPU里执行的，所有的goroutines跑在一个线程里面，分析如下:

• 对于代码例子一（loop函数的那个），每个goroutine没有发生堵塞(直到quit流入数据), 所以在quit之前每个goroutine不会主动让出CPU，也就发生了串行打印
• 对于代码例子二（time的那个），每个goroutine在sleep被调用的时候会阻塞，让出CPU, 所以例子二并发执行。