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  • [摘]Go 语言简介（下）— 特性

    作者：陈皓

    如果你还不了解Go语言的语法，还请你移步先看一下上篇——《Go语言简介（上）：语法》

    goroutine

    GoRoutine主要是使用go关键字来调用函数，你还可以使用匿名函数，如下所示：

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    package main
    import "fmt"
     
    func f(msg string) {
        fmt.Println(msg)
    }
     
    func main(){
        go f("goroutine")
     
        go func(msg string) {
            fmt.Println(msg)
        }("going")
    }

    我们再来看一个示例，下面的代码中包括很多内容，包括时间处理，随机数处理，还有goroutine的代码。如果你熟悉C语言，你应该会很容易理解下面的代码。

    你可以简单的把go关键字调用的函数想像成pthread_create。下面的代码使用for循环创建了3个线程，每个线程使用一个随机的Sleep时间，然后在routine()函数中会输出一些线程执行的时间信息。

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    package main
     
    import "fmt"
    import "time"
    import "math/rand"
     
    func routine(name string, delay time.Duration) {
     
        t0 := time.Now()
        fmt.Println(name, " start at ", t0)
     
        time.Sleep(delay)
     
        t1 := time.Now()
        fmt.Println(name, " end at ", t1)
     
        fmt.Println(name, " lasted ", t1.Sub(t0))
    }
     
    func main() {
     
        //生成随机种子
        rand.Seed(time.Now().Unix())
     
        var name string
        for i:=0; i<3; i++{
            name = fmt.Sprintf("go_%02d", i) //生成ID
            //生成随机等待时间，从0-4秒
            go routine(name, time.Duration(rand.Intn(5)) * time.Second)
        }
     
        //让主进程停住，不然主进程退了，goroutine也就退了
        var input string
        fmt.Scanln(&input)
        fmt.Println("done")
    }

    运行的结果可能是：

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    go_00  start at  2012-11-04 19:46:35.8974894 +0800 +0800
    go_01  start at  2012-11-04 19:46:35.8974894 +0800 +0800
    go_02  start at  2012-11-04 19:46:35.8974894 +0800 +0800
    go_01  end at  2012-11-04 19:46:36.8975894 +0800 +0800
    go_01  lasted  1.0001s
    go_02  end at  2012-11-04 19:46:38.8987895 +0800 +0800
    go_02  lasted  3.0013001s
    go_00  end at  2012-11-04 19:46:39.8978894 +0800 +0800
    go_00  lasted  4.0004s

    goroutine的并发安全性

    关于goroutine，我试了一下，无论是Windows还是Linux，基本上来说是用操作系统的线程来实现的。不过，goroutine有个特性，也就是说，如果一个goroutine没有被阻塞，那么别的goroutine就不会得到执行。这并不是真正的并发，如果你要真正的并发，你需要在你的main函数的第一行加上下面的这段代码：

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    import "runtime"
    ...
    runtime.GOMAXPROCS(4)

    还是让我们来看一个有并发安全性问题的示例（注意：我使用了C的方式来写这段Go的程序）

    这是一个经常出现在教科书里卖票的例子，我启了5个goroutine来卖票，卖票的函数sell_tickets很简单，就是随机的sleep一下，然后对全局变量total_tickets作减一操作。

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    package main
     
    import "fmt"
    import "time"
    import "math/rand"
    import "runtime"
     
    var total_tickets int32 = 10;
     
    func sell_tickets(i int){
        for{
            if total_tickets > 0 { //如果有票就卖
                time.Sleep( time.Duration(rand.Intn(5)) * time.Millisecond)
                total_tickets-- //卖一张票
                fmt.Println("id:", i, "  ticket:", total_tickets)
            }else{
                break
            }
        }
    }
     
    func main() {
        runtime.GOMAXPROCS(4) //我的电脑是4核处理器，所以我设置了4
        rand.Seed(time.Now().Unix()) //生成随机种子
     
        for i := 0; i < 5; i++ { //并发5个goroutine来卖票
             go sell_tickets(i)
        }
        //等待线程执行完
        var input string
        fmt.Scanln(&input)
        fmt.Println(total_tickets, "done") //退出时打印还有多少票
    }

    这个程序毋庸置疑有并发安全性问题，所以执行起来你会看到下面的结果：

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    $go run sell_tickets.go
    id: 0   ticket: 9  
    id: 0   ticket: 8  
    id: 4   ticket: 7  
    id: 1   ticket: 6  
    id: 3   ticket: 5  
    id: 0   ticket: 4  
    id: 3   ticket: 3  
    id: 2   ticket: 2  
    id: 0   ticket: 1  
    id: 3   ticket: 0  
    id: 1   ticket: -1  
    id: 4   ticket: -2  
    id: 2   ticket: -3  
    id: 0   ticket: -4  
    -4 done

    可见，我们需要使用上锁，我们可以使用互斥量来解决这个问题。下面的代码，我只列出了修改过的内容：

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    package main
    import "fmt"
    import "time"
    import "math/rand"
    import "sync"
    import "runtime"
     
    var total_tickets int32 = 10;
    var mutex = &sync.Mutex{} //可简写成：var mutex sync.Mutex
     
    func sell_tickets(i int){
        for total_tickets>0 {
            mutex.Lock()
            if total_tickets > 0 {
                time.Sleep( time.Duration(rand.Intn(5)) * time.Millisecond)
                total_tickets--
                fmt.Println(i, total_tickets)
            }
            mutex.Unlock()
        }
    }
    .......
    ......

    原子操作

    说到并发就需要说说原子操作，相信大家还记得我写的那篇《无锁队列的实现》一文，里面说到了一些CAS – CompareAndSwap的操作。Go语言也支持。你可以看一下相当的文档

    我在这里就举一个很简单的示例：下面的程序有10个goroutine，每个会对cnt变量累加20次，所以，最后的cnt应该是200。如果没有atomic的原子操作，那么cnt将有可能得到一个小于200的数。

    下面使用了atomic操作，所以是安全的。

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    package main
     
    import "fmt"
    import "time"
    import "sync/atomic"
     
    func main() {
        var cnt uint32 = 0
        for i := 0; i < 10; i++ {
            go func() {
                for i:=0; i<20; i++ {
                    time.Sleep(time.Millisecond)
                    atomic.AddUint32(&cnt, 1)
                }
            }()
        }
        time.Sleep(time.Second)//等一秒钟等goroutine完成
        cntFinal := atomic.LoadUint32(&cnt)//取数据
        fmt.Println("cnt:", cntFinal)
    }

    这样的函数还有很多，参看go的atomic包文档（被墙）

    Channel 信道

    Channal是什么？Channal就是用来通信的，就像Unix下的管道一样，在Go中是这样使用Channel的。

    下面的程序演示了一个goroutine和主程序通信的例程。这个程序足够简单了。

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    package main
     
    import "fmt"
     
    func main() {
        //创建一个string类型的channel
        channel := make(chan string)
     
        //创建一个goroutine向channel里发一个字符串
        go func() { channel <- "hello" }()
     
        msg := <- channel
        fmt.Println(msg)
    }

    指定channel的buffer

    指定buffer的大小很简单，看下面的程序：

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    package main
    import "fmt"
     
    func main() {
        channel := make(chan string, 2)
     
        go func() {
            channel <- "hello"
            channel <- "World"
        }()
     
        msg1 := <-channel
        msg2 := <-channel
        fmt.Println(msg1, msg2)
    }

    Channel的阻塞

    注意，channel默认上是阻塞的，也就是说，如果Channel满了，就阻塞写，如果Channel空了，就阻塞读。于是，我们就可以使用这种特性来同步我们的发送和接收端。

    下面这个例程说明了这一点，代码有点乱，不过我觉得不难理解。

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    package main
     
    import "fmt"
    import "time"
     
    func main() {
     
        channel := make(chan string) //注意: buffer为1
     
        go func() {
            channel <- "hello"
            fmt.Println("write \"hello\" done!")
     
            channel <- "World" //Reader在Sleep，这里在阻塞
            fmt.Println("write \"World\" done!")
     
            fmt.Println("Write go sleep...")
            time.Sleep(3*time.Second)
            channel <- "channel"
            fmt.Println("write \"channel\" done!")
        }()
     
        time.Sleep(2*time.Second)
        fmt.Println("Reader Wake up...")
     
        msg := <-channel
        fmt.Println("Reader: ", msg)
     
        msg = <-channel
        fmt.Println("Reader: ", msg)
     
        msg = <-channel //Writer在Sleep，这里在阻塞
        fmt.Println("Reader: ", msg)
    }

    上面的代码输出的结果如下：

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    Reader Wake up...
    Reader:  hello
    write "hello" done!
    write "World" done!
    Write go sleep...
    Reader:  World
    write "channel" done!
    Reader:  channel

    Channel阻塞的这个特性还有一个好处是，可以让我们的goroutine在运行的一开始就阻塞在从某个channel领任务，这样就可以作成一个类似于线程池一样的东西。关于这个程序我就不写了。我相信你可以自己实现的。

    多个Channel的select

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    package main
    import "time"
    import "fmt"
     
    func main() {
        //创建两个channel - c1 c2
        c1 := make(chan string)
        c2 := make(chan string)
     
        //创建两个goruntine来分别向这两个channel发送数据
        go func() {
            time.Sleep(time.Second * 1)
            c1 <- "Hello"
        }()
        go func() {
            time.Sleep(time.Second * 1)
            c2 <- "World"
        }()
     
        //使用select来侦听两个channel
        for i := 0; i < 2; i++ {
            select {
            case msg1 := <-c1:
                fmt.Println("received", msg1)
            case msg2 := <-c2:
                fmt.Println("received", msg2)
            }
        }
    }

    注意：上面的select是阻塞的，所以，才搞出ugly的for i <2这种东西。

    Channel select阻塞的Timeout

    解决上述那个for循环的问题，一般有两种方法：一种是阻塞但有timeout，一种是无阻塞。我们来看看如果给select设置上timeout的。

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    timeout_cnt := 0
    for {
        select {
        case msg1 := <-c1:
            fmt.Println("msg1 received", msg1)
        case msg2 := <-c2:
            fmt.Println("msg2 received", msg2)
        case  <-time.After(time.Second * 30)：
            fmt.Println("Time Out")
            timout_cnt++
        }
        if time_cnt > 3 {
            break
        }
    }

    上面代码中高亮的代码主要是用来让select返回的，注意 case中的time.After事件。

    Channel的无阻塞

    好，我们再来看看无阻塞的channel，其实也很简单，就是在select中加入default，如下所示：

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    for {
        select {
        case msg1 := <-c1:
            fmt.Println("received", msg1)
        case msg2 := <-c2:
            fmt.Println("received", msg2)
        default: //default会导致无阻塞
            fmt.Println("nothing received!")
            time.Sleep(time.Second)
        }
    }

    Channel的关闭

    关闭Channel可以通知对方内容发送完了，不用再等了。参看下面的例程：

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    package main
     
    import "fmt"
    import "time"
    import "math/rand"
     
    func main() {
     
        channel := make(chan string)
        rand.Seed(time.Now().Unix())
     
        //向channel发送随机个数的message
        go func () {
            cnt := rand.Intn(10)
            fmt.Println("message cnt :", cnt)
            for i:=0; i<cnt; i++{
                channel <- fmt.Sprintf("message-%2d", i)
            }
            close(channel) //关闭Channel
        }()
     
        var more bool = true
        var msg string
        for more {
            select{
            //channel会返回两个值，一个是内容，一个是还有没有内容
            case msg, more = <- channel:
                if more {
                    fmt.Println(msg)
                }else{
                    fmt.Println("channel closed!")
                }
            }
        }
    }

    定时器

    Go语言中可以使用time.NewTimer或time.NewTicker来设置一个定时器，这个定时器会绑定在你的当前channel中，通过channel的阻塞通知机器来通知你的程序。

    下面是一个timer的示例。

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    package main
     
    import "time"
    import "fmt"
     
    func main() {
        timer := time.NewTimer(2*time.Second)
     
        <- timer.C
        fmt.Println("timer expired!")
    }

    上面的例程看起来像一个Sleep，是的，不过Timer是可以Stop的。你需要注意Timer只通知一次。如果你要像C中的Timer能持续通知的话，你需要使用Ticker。下面是Ticker的例程：

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    package main
     
    import "time"
    import "fmt"
     
    func main() {
        ticker := time.NewTicker(time.Second)
     
        for t := range ticker.C {
            fmt.Println("Tick at", t)
        }
    }

    上面的这个ticker会让你程序进入死循环，我们应该放其放在一个goroutine中。下面这个程序结合了timer和ticker

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    package main
     
    import "time"
    import "fmt"
     
    func main() {
     
        ticker := time.NewTicker(time.Second)
     
        go func () {
            for t := range ticker.C {
                fmt.Println(t)
            }
        }()
     
        //设置一个timer，10钞后停掉ticker
        timer := time.NewTimer(10*time.Second)
        <- timer.C
     
        ticker.Stop()
        fmt.Println("timer expired!")
    }

    Socket编程

    下面是我尝试的一个Echo Server的Socket代码，感觉还是挺简单的。

    Server端
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    package main
     
    import (
        "net"
        "fmt"
        "io"
    )
     
    const RECV_BUF_LEN = 1024
     
    func main() {
        listener, err := net.Listen("tcp", "0.0.0.0:6666")//侦听在6666端口
        if err != nil {
            panic("error listening:"+err.Error())
        }
        fmt.Println("Starting the server")
     
        for {
            conn, err := listener.Accept() //接受连接
            if err != nil {
                panic("Error accept:"+err.Error())
            }
            fmt.Println("Accepted the Connection :", conn.RemoteAddr())
            go EchoServer(conn)
        }
    }
     
    func EchoServer(conn net.Conn) {
        buf := make([]byte, RECV_BUF_LEN)
        defer conn.Close()
     
        for {
            n, err := conn.Read(buf);
            switch err {
                case nil:
                    conn.Write( buf[0:n] )
                case io.EOF:
                    fmt.Printf("Warning: End of data: %s \n", err);
                    return
                default:
                    fmt.Printf("Error: Reading data : %s \n", err);
                    return
            }
         }
    }
    Client端
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    package main
     
    import (
        "fmt"
        "time"
        "net"
    )
     
    const RECV_BUF_LEN = 1024
     
    func main() {
        conn,err := net.Dial("tcp", "127.0.0.1:6666")
        if err != nil {
            panic(err.Error())
        }
        defer conn.Close()
     
        buf := make([]byte, RECV_BUF_LEN)
     
        for i := 0; i < 5; i++ {
            //准备要发送的字符串
            msg := fmt.Sprintf("Hello World, %03d", i)
            n, err := conn.Write([]byte(msg))
            if err != nil {
                println("Write Buffer Error:", err.Error())
                break
            }
            fmt.Println(msg)
     
            //从服务器端收字符串
            n, err = conn.Read(buf)
            if err !=nil {
                println("Read Buffer Error:", err.Error())
                break
            }
            fmt.Println(string(buf[0:n]))
     
            //等一秒钟
            time.Sleep(time.Second)
        }
    }

    系统调用

    Go语言那么C，所以，一定会有一些系统调用。Go语言主要是通过两个包完成的。一个是os包，一个是syscall包。（注意，链接被墙）

    这两个包里提供都是Unix-Like的系统调用，

    • syscall里提供了什么Chroot/Chmod/Chmod/Chdir…，Getenv/Getgid/Getpid/Getgroups/Getpid/Getppid…，还有很多如Inotify/Ptrace/Epoll/Socket/…的系统调用。
    • os包里提供的东西不多，主要是一个跨平台的调用。它有三个子包，Exec（运行别的命令）, Signal（捕捉信号）和User（通过uid查name之类的）

    syscall包的东西我不举例了，大家可以看看《Unix高级环境编程》一书。

    os里的取几个例：

    环境变量

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    package main
     
    import "os"
    import "strings"
     
     
    func main() {
        os.Setenv("WEB", "http://coolshell.cn") //设置环境变量
        println(os.Getenv("WEB")) //读出来
     
        for _, env := range os.Environ() { //穷举环境变量
            e := strings.Split(env, "=")
            println(e[0], "=", e[1])
        }
    }

    执行命令行

    下面是一个比较简单的示例

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    package main
    import "os/exec"
    import "fmt"
    func main() {
        cmd := exec.Command("ping", "127.0.0.1")
        out, err := cmd.Output()
        if err!=nil {
            println("Command Error!", err.Error())
            return
        }
        fmt.Println(string(out))
    }

    正规一点的用来处理标准输入和输出的示例如下：

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    package main
     
    import (
        "strings"
        "bytes"
        "fmt"
        "log"
        "os/exec"
    )
     
    func main() {
        cmd := exec.Command("tr", "a-z", "A-Z")
        cmd.Stdin = strings.NewReader("some input")
        var out bytes.Buffer
        cmd.Stdout = &out
        err := cmd.Run()
        if err != nil {
            log.Fatal(err)
        }
        fmt.Printf("in all caps: %q\n", out.String())
    }

    命令行参数

    Go语言中处理命令行参数很简单：(使用os的Args就可以了)

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    func main() {
        args := os.Args
        fmt.Println(args) //带执行文件的
        fmt.Println(args[1:]) //不带执行文件的
    }

    在Windows下，如果运行结果如下：

    C:\Projects\Go>go run args.go aaa bbb ccc ddd [C:\Users\haoel\AppData\Local\Temp\go-build742679827\command-line-arguments\_ obj\a.out.exe aaa bbb ccc ddd] [aaa bbb ccc ddd]

    那么，如果我们要搞出一些像 mysql -uRoot -hLocalhost -pPwd 或是像 cc -O3 -Wall -o a a.c 这样的命令行参数我们怎么办？Go提供了一个package叫flag可以容易地做到这一点

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    package main
    import "flag"
    import "fmt"
     
    func main() {
     
        //第一个参数是“参数名”，第二个是“默认值”，第三个是“说明”。返回的是指针
        host := flag.String("host", "coolshell.cn", "a host name ")
        port := flag.Int("port", 80, "a port number")
        debug := flag.Bool("d", false, "enable/disable debug mode")
     
        //正式开始Parse命令行参数
        flag.Parse()
     
        fmt.Println("host:", *host)
        fmt.Println("port:", *port)
        fmt.Println("debug:", *debug)
    }

    执行起来会是这个样子：

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    #如果没有指定参数名，则使用默认值
    $ go run flagtest.go
    host: coolshell.cn
    port: 80
    debug: false
     
    #指定了参数名后的情况
    $ go run flagtest.go -host=localhost -port=22 -d
    host: localhost
    port: 22
    debug: true
     
    #用法出错了（如：使用了不支持的参数，参数没有=）
    $ go build flagtest.go
    $ ./flagtest -debug -host localhost -port=22
    flag provided but not defined: -debug
    Usage of flagtest:
      -d=false: enable/disable debug mode
      -host="coolshell.cn": a host name
      -port=80: a port number
    exit status 2

    感觉还是挺不错的吧。

    一个简单的HTTP Server

    代码胜过千言万语。呵呵。这个小程序让我又找回以前用C写CGI的时光了。（Go的官方文档是《Writing Web Applications》）

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    package main
     
    import (
        "fmt"
        "net/http"
        "io/ioutil"
        "path/filepath"
    )
     
    const http_root = "/home/haoel/coolshell.cn/"
     
    func main() {
        http.HandleFunc("/", rootHandler)
        http.HandleFunc("/view/", viewHandler)
        http.HandleFunc("/html/", htmlHandler)
     
        http.ListenAndServe(":8080", nil)
    }
     
    //读取一些HTTP的头
    func rootHandler(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
        fmt.Fprintf(w, "rootHandler: %s\n", r.URL.Path)
        fmt.Fprintf(w, "URL: %s\n", r.URL)
        fmt.Fprintf(w, "Method: %s\n", r.Method)
        fmt.Fprintf(w, "RequestURI: %s\n", r.RequestURI )
        fmt.Fprintf(w, "Proto: %s\n", r.Proto)
        fmt.Fprintf(w, "HOST: %s\n", r.Host) 
    }
     
    //特别的URL处理
    func viewHandler(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
        fmt.Fprintf(w, "viewHandler: %s", r.URL.Path)
    }
     
    //一个静态网页的服务示例。（在http_root的html目录下）
    func htmlHandler(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
        fmt.Printf("htmlHandler: %s\n", r.URL.Path)
        
        filename := http_root + r.URL.Path
        fileext := filepath.Ext(filename)
     
        content, err := ioutil.ReadFile(filename)
        if err != nil {
            fmt.Printf("   404 Not Found!\n")
            w.WriteHeader(http.StatusNotFound)
            return
        }
        
        var contype string
        switch fileext {
            case ".html", "htm":
                contype = "text/html"
            case ".css":
                contype = "text/css"
            case ".js":
                contype = "application/javascript"
            case ".png":
                contype = "image/png"
            case ".jpg", ".jpeg":
                contype = "image/jpeg"
            case ".gif":
                contype = "image/gif"
            default: 
                contype = "text/plain"
        }
        fmt.Printf("ext %s, ct = %s\n", fileext, contype)
        
        w.Header().Set("Content-Type", contype)
        fmt.Fprintf(w, "%s", content)
        
    }

    Go的功能库有很多，大家自己慢慢看吧。我再吐个槽——Go的文档真不好读。例子太少了。

    先说这么多吧。这是我周末两天学Go语言学到的东西，写得太仓促了，而且还有一些东西理解不到位，还大家请指正！

    （全文完）

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