Go语言基础之11--Goroutine

一、创建goroutine

1）在go语言中，每一个并发的执行单元叫做一个goroutine；

2）当一个程序启动时，其主函数即在一个单独的goroutine中运行，一般这个goroutine是主goroutine；如果想要创建新的goroutine，只需要再执行普通函数或者方法的的前面加上关键字go。

3）go是如何实现一个多线程程序？

go语言中很简单，加一个go关键字即可，就变成了一个多线程程序（一个进程跑多个线程）

下面通过一个完整实例来了解一下goroutine：

实例1-1         实例1

1）未加go关键字；

package main

import (
    "fmt"
)

func hello() {
    fmt.Printf("hello
")
}

func main() {
    hello()
    fmt.Printf("main exited")
}

 执行结果如下图所示：

解释：

可以发现hello函数和main函数是同一个线程串行执行，先输出hello，在输出main exited

2） 加上go关键字；

package main

import (
    "fmt"
)

func hello() {
    fmt.Printf("hello
")
}

func main() {
    go hello()
    fmt.Printf("main exited")
}

执行结果如下：

解释：

加上go关键字后，可以发现hello函数还未执行，程序就退出了。

hello函数加上go关键字后，可以发现其不再是和main函数同步的执行（串行）了，应该是并发执行了，hello函数相当于是新起了一个线程，和main函数这个线程是独立的，一共是两个线程在执行；

在go语言中，以main函数所运行的主线程为准，如果main函数线程（主线程）执行完毕，还有其他线程（附属主线程的子线程）在执行，这些未执行完毕的线程也会被强制关闭。（main函数所在的主线程一旦退出，就相当于整个进程退出，进程一退出，这个进程中的其他线程也会被强制关闭退出）

针对我们这个实例：其实就是main函数所在的主线程已经执行完毕了，hello函数所在的线程效率没有main函数所在的主线程高，所以输出结果没有hello函数的内容。

3） 加上go关键字完整版代码；

package main

import (
    "fmt"
    "time"
)

func hello() {
    fmt.Printf("hello
")
}

func main() {
    go hello()
    time.Sleep(1 * time.Second) //通过睡1秒，保证hello函数所在线程执行
    fmt.Printf("main exited")
}

 执行结果如下图所示：

解释：

通过sleep 1秒，hello函数所在线程得以执行完毕。

实例1-2         实例2

1）不加go关键字

package main

import (
    "fmt"
    "time"
)

func hello() {
    for i := 0; i < 4; i++ {
        fmt.Printf("hello:%d
", i)
        time.Sleep(time.Millisecond * 10)
    }
}

func main() {
    hello()

    for i := 0; i < 4; i++ {
        fmt.Printf("main:%d
", i)
        time.Sleep(time.Millisecond * 10)
    }
    time.Sleep(time.Second)
}

 执行结果如下图所示：

解释：

可以看到不加go关键字，是串行执行。

2）加上go关键字

package main

import (
    "fmt"
    "time"
)

func hello() {
    for i := 0; i < 4; i++ {
        fmt.Printf("hello:%d
", i)
        time.Sleep(time.Millisecond * 10)
    }
}

func main() {
    go hello()

    for i := 0; i < 4; i++ {
        fmt.Printf("main:%d
", i)
        time.Sleep(time.Millisecond * 10)
    }
    time.Sleep(time.Second)
}

 执行结果如下图所示：

解释：

通过打印结果可以看到hello函数所在的线程和main函数所在的主线程是并行执行的。

二、创建多个goroutine

 实例如下：

package main

import (
    "fmt"
    "time"
)

func numbers() {
    for i := 1; i <= 5; i++ {
        time.Sleep(250 * time.Millisecond)   //每隔250ms打印一个整数
        fmt.Printf("%d ", i)
    }
}
func alphabets() {
    for i := 'a'; i <= 'e'; i++ {   //字符的底层也是一个整数
        time.Sleep(400 * time.Millisecond)   //每隔400ms打印一个字母
        fmt.Printf("%c ", i)
    }
}
func main() {
    go numbers()
    go alphabets()
    time.Sleep(3000 * time.Millisecond)    //主线程等待3秒在退出
    fmt.Println("main terminated")
}

执行结果如下：

解释：

根据输出结果，可以看到numbers函数、alphabets函数所在的线程是并行执行的。

（补充：numbers函数、alphabets函数都是新起一个线程，至于哪个线程先启动，这是不一定的，不是说number函数在前，其的就先启动，具体看cpu的调度策略的）

三、进程和线程

1）进程是程序在操作系统中的一次执行过程，系统进行资源分配和调度的

一个独立单位。

2）线程是进程的一个执行实体,是CPU调度和分派的基本单位,它是比进程更

小的能独立运行的基本单位。

3）一个进程可以创建和撤销多个线程;同一个进程中的多个线程之间可以并发

执行

图示：

四、并发和并行

1）多线程程序在一个核的cpu上运行，就是并发

2）多线程程序在多个核的cpu上运行，就是并行

图示：

解释：

左图（单核）为并发，右图（多核）为并行。

x轴为时间轴，左图并发，同一时间段只能有一个程序在执行，右图并行，同一时间段内可以有多个程序执行。

五、协程和线程

协程：

独立的栈空间，共享堆空间，调度由用户自己控制，本质上有点类似于

用户级线程，这些用户级线程的调度也是自己实现的

线程：

线程是操作系统起的，由操作系统进行管理；

一个线程上可以跑多个协程，协程是轻量级的线程。

葵花宝典：

操作系统起的线程有一个问题：

操作系统就是内核，操作系统起的线程执行在内核态，用户的程序应用运行在用户态，这是两个不同的形态，如果我们是创建线程的话，线程是操作系统在管理，如果我们在应用程序中创建线程，线程之间要进行切换的话，就需要进入内核态去进行切换，因为这个线程是内核去控制管理的，如果在一个应用程序中创建了几千个线程，这样线程之间的切换每次都要从用户态到内核态去切换，上下文切换比较频繁，用户态到内核态切换是需要消耗资源的，最终的结果就是，上千个线程，上下文切换会造成系统变得非常缓慢，这也是线程的一个缺点，这也是其他语言的缺点，跑几千个线程就跑不动了，所以其他语言是需要搞一个线程池。

但是在go语言的话，go语言已经帮助我们解决了上述问题，协程是用户态的一个概念，协程和操作系统的线程是两回事，一个操作系统的线程可能执行多个协程，协程是go语言帮我们抽象出来的一个东西，可以发现，协程之间的切换不用和内核态去做一个相互切换，仅仅只在用户态进行切换（线程是需要内核来进行控制切换）。用户态切换要比到内核态进行切换性能要高非常多，所以，go语言中，起上千个协程是完全没有问题的，上万个都没问题（起上万个协程的话，对应的可能就是操作系统的几十个线程）。所以说在go语言中，完全不用担心起上千个线程会影响系统，特别是在高并发领域http服务，基本上都是来一个请求，就会起一个协程的。这样你同时有几万个并发请求过来，就有几万个goroutine再跑，这个性能是非常高的。（nginx并不是每一个请求起一个线程，而是通过异步进行处理，一个线程异步的处理多个请求，这对go来说，写一个高并发程序太简单了。http、tcp服务，来一个请求起一个goroutine即可。）

六、goroutine调度模型

图示1：

解释：

M是操作系统的线程，P是一个上下文，G是goroutine

图示2：

 

解释：

1）goroutine必须要有上下文才会执行，左边蓝色的可以看见已经有一个goroutine在执行了，右边灰色的是等待被执行的goroutine，一个物理线程可以执行多个goroutine，一个goroutine执行完，下一个等待的goroutine被执行，这其实就是go语言中的一个线程调度情况。

2）比如说一个正在执行的goroutine，其需要暂停，这个时候就要做一个上下文切换（语句执行到哪里等的上下文要保存起来）

3）目前上图情况是：一个程序跑了两个物理线程，一个物理线程跑多个goroutine

图示3：

 

解释：

M0（物理线程）跑了一个G0（goroutine），同时还有3个goroutine在等待执行，当G0有IO操作或者有网络操作时，此时要进行一个写文件操作，写文件是一个慢操作，磁盘和内存写数据速度相差很多倍（磁盘写文件5ms，内存读数据不到1微妙），此时我们花5ms去同步等待时，cpu的资源就浪费了，这种情况的，发现G0是做IO操作的话，就会把G0和M0给剥离出来，然后会新建一个线程M1，接着执行后面的goroutine。

注意：

go语言：一个cpu同一时间一个线程只能跑一个goroutine，其牛逼的地方在于减少了用户态和内核态的切换。

七、设置golang运行的cpu核数

1、主要借助的是runtime包的NumCPU函数；

2、可以通过runtime包中的GOMAXPROCS函数来控制使用cpu的个数；

3、新版本默认跑满所有cpu个数

注意：

在golang1.6版本之前，goroutine程序默认只能跑在1个cpu上，如果要想多核跑的话，就需要利用GOMAXPROCS函数来控制CPU核数，新版本目前是不用设置了，默认是将计算机所有cpu核数跑满。

实例：

我们下面通过一个实例来对比一下：

1）限制使用的cpu核数为1

package main

import (
    "fmt"
    "runtime"
    "time"
)

func main() {
    cpu := runtime.NumCPU()
    runtime.GOMAXPROCS(1) //只限制使用cpu的1个核

    for i := 0; i < 8; i++ { //起8个goroutine，每个goroutine来跑一个无限循环的匿名函数
        go func() {
            for {

            }
        }()
    }
    fmt.Printf("%d
", cpu)
    time.Sleep(15 * time.Second)
}

执行结果：

 

CPU示意图：

 

我们可以发现cpu是没有跑满的，达到了预计效果。

2）  不限制cpu的使用核数

package main

import (
    "fmt"
    "runtime"
    "time"
)

func main() {
    cpu := runtime.NumCPU()
    //不限制CPU使用个数

    for i := 0; i < 8; i++ { //起8个goroutine，每个goroutine来跑一个无限循环的匿名函数
        go func() {
            for {

            }
        }()
    }
    fmt.Printf("%d
", cpu)
    time.Sleep(15 * time.Second)
}

 执行结果：

 

CPU示意图：

 

我们可以发现CPU已将完全跑满了。

总结：

我们日后使用时，如果只是一个监控、收集日志小程序，要适当控制一下CPU使用个数，如果不控制的话，程序出现bug，而且把机器核数也跑满了，最后连业务程序也跑不了了。