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  • go语言实现"生产者"和"消费者"的例子

    学习java的多线程的时候最经典的一个例子就是生产者消费者模型的例子,最近在研究go语言协程,发现go提供的sync包中有很多和java类似的锁工具,尝试着用锁工具配合协程实现一个“消费者”和“生产者”的例子:
    其实go官方文档不建议我们使用"锁"的方式来实现同步的操作,文档描述是:

    “sync包提供了基本的同步基元,如互斥锁。除了Once和WaitGroup类型,大部分都是适用于低水平程序线程,高水平的同步使用channel通信更好一些。”

    原文连接:https://studygolang.com/static/pkgdoc/pkg/sync.htm

    使用“同步锁”的方式

    package main
    
    import (
    	"fmt"
    	"sync"
    	"time"
    )
    
    var (
    	product = 0
    	lock    sync.Mutex
    	cond    = sync.NewCond(&lock)
    )
    
    func producer() {
    	for {
    		cond.L.Lock() // 先加锁
    		for product > 10 {
    			fmt.Println("生产完了!")
    			cond.Wait()
    		}
    		fmt.Println("生产中...", product)
    		product += 1
    		cond.L.Unlock()
    		cond.Broadcast()
    	}
    }
    
    func consumer() {
    	for {
    		cond.L.Lock()
    		for product <= 0 {
    			fmt.Println("消费完了!")
    			cond.Wait()
    		}
    		fmt.Println("消费中...", product)
    		product -= 1
    		cond.L.Unlock()
    		cond.Broadcast()
    	}
    }
    
    func main() {
    	go producer()
    	go consumer()
    
    	time.Sleep(time.Second * 60)
    	fmt.Println("主线程结束!")
    }
    

    运行:go run main.go
    输出:

    生产中... 0
    生产中... 1
    生产中... 2
    生产中... 3
    生产中... 4
    生产中... 5
    生产中... 6
    生产中... 7
    生产中... 8
    生产中... 9
    生产中... 10
    生产完了!
    消费中... 11
    消费中... 10
    消费中... 9
    消费中... 8
    消费中... 7
    消费中... 6
    消费中... 5
    消费中... 4
    消费中... 3
    消费中... 2
    消费中... 1
    消费完了!
    ...
    

    可以看到输出符合我们的预期。
    其实官方可给我们说了,使用锁是比较低级的一种方式,因为go天然就支持协程,在协程的情况下,我们还是用同步锁其实有点浪费协程的优势,按照官方的推荐使用channel来进行协程之间的通讯,实现类似的功能:

    使用channel方式实现

    直接上代码:

    package main
    
    import (
    	"fmt"
    	"time"
    )
    
    /*
    使用channel完成消费者、生产者的例子,发现使用channel会非常的方便
    */
    
    func producer(intChan chan int) {
    	for i := 0; i < cap(intChan); i++ {
    		fmt.Println("生产者:", i)
    		intChan <- i
    	}
    	// 写完后关闭掉
    	close(intChan)
    }
    
    func consumer(intChan chan int, exitChan chan bool) {
    	for {
    		v, ok := <-intChan
    		if ok {
    			fmt.Println("消费者:", v)
    		} else { // 读完了
    			break
    		}
    		time.Sleep(time.Second)
    	}
    	exitChan <- true
    	close(exitChan)
    }
    
    func main() {
    	intChan := make(chan int, 10) // “生产者”和“消费者”之间互相通信的桥梁,这里假设生产的元素就是int类型的数字
    	exitChan := make(chan bool, 1) // 退出的channel,因为仅做为一个标志所以空间为一个元素就够了
    	go producer(intChan)
    	go consumer(intChan, exitChan)
    
    	// 1) for循环的等待判断
    	// for {
    	// 	_, ok := <-exitChan
    	// 	if !ok {
    	// 		break
    	// 	}
    	// }
    	// 2) for range 阻塞,等待关闭close channel
    	for ok := range exitChan {
    		fmt.Println(ok)
    	}
    	fmt.Println("主线程结束!")
    

    执行:go run main.go
    输出:

    生产者: 0
    生产者: 1
    生产者: 2
    生产者: 3
    生产者: 4
    消费者: 0
    生产者: 5
    生产者: 6
    生产者: 7
    生产者: 8
    生产者: 9
    消费者: 1
    消费者: 2
    消费者: 3
    消费者: 4
    消费者: 5
    消费者: 6
    消费者: 7
    消费者: 8
    消费者: 9
    true
    主线程结束!
    

    channel在没有被关闭的时候被遍历,此时会被当前线程阻塞,利用这个特性来实现同步的效果,更加的灵活和方便。
    看到这里可能有的小伙伴会有疑问了,既然channel可以解决使用同步锁的阻塞问题,但是你使用了channel还是会阻塞啊,这不是很矛盾么?
    说的没错,是的,使用channel可以方便的实现了同步锁的功能,但是我们的程序其实因为同步的关系目前仍然还是会产生阻塞,不过既然go官方文档说了使用"锁"在go语言中是低级操作,那么官方肯定提供另外一种优雅的遍历的不阻塞的方法,是的,就是这样,这里我们引入一个关键字select,这个关键字的存在就是为了解决我们的疑问的。

    使用select解决阻塞

    还记得我们上面代码中被注释掉的for循环么,就是准备为select的登场使用的。话不多说,上代码:

    package main
    
    import (
    	"fmt"
    	"time"
    )
    
    /*
    使用channel完成消费者、生产者的例子,发现使用channel会非常的方便
    */
    
    func producer(intChan chan int) {
    	for i := 0; i < cap(intChan); i++ {
    		fmt.Println("生产者:", i)
    		intChan <- i
    	}
    	// 写完后关闭掉
    	close(intChan)
    }
    
    func consumer(intChan chan int, exitChan chan bool) {
    	for {
    		v, ok := <-intChan
    		if ok {
    			fmt.Println("消费者:", v)
    		} else { // 读完了
    			break
    		}
    		time.Sleep(time.Second)
    	}
    	exitChan <- true
    	close(exitChan)
    }
    
    func main() {
    	intChan := make(chan int, 10)
    	exitChan := make(chan bool, 1)
    	go producer(intChan)
    	go consumer(intChan, exitChan)
    
    	// 1) for循环的等待判断
    	for {
    		// _, ok := <-exitChan
    		// if !ok {
    		// 	break
    		// }
    		select {
    		case _, ok := <-exitChan:
    			if ok {
    				fmt.Println("执行完毕!")
    				break
    			}
    		default:
    			fmt.Println("读不到,执行其他的!")
    			time.Sleep(time.Second) // 此处添加Sleep才会看到效果,否则打印太多了找不到输出
    			// break // break只是跳出select循环,可配合lable跳出
    			// return
    		}
    	}
    	// 2) for range 阻塞,等待关闭close channel
    	// for ok := range exitChan {
    	// 	fmt.Println(ok)
    	// }
    	fmt.Println("主线程结束!")
    }
    

    执行:go run main.go
    输出:

    读不到,执行其他的!
    生产者: 0
    生产者: 1
    生产者: 2
    生产者: 3
    生产者: 4
    生产者: 5
    生产者: 6
    生产者: 7
    生产者: 8
    生产者: 9
    消费者: 0
    读不到,执行其他的!
    消费者: 1
    读不到,执行其他的!
    消费者: 2
    读不到,执行其他的!
    消费者: 3
    读不到,执行其他的!
    消费者: 4
    读不到,执行其他的!
    消费者: 5
    读不到,执行其他的!
    消费者: 6
    读不到,执行其他的!
    消费者: 7
    读不到,执行其他的!
    消费者: 8
    读不到,执行其他的!
    消费者: 9
    读不到,执行其他的!
    执行完毕!
    

    我们看到,当前如果没有完成的话不会阻塞,可以继续执行其他的业务逻辑,真正做到了"非阻塞",由此可见go语言的一些特性还是灰常好用的。
    参考文献:
    go中文社区:https://studygolang.com/

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