Golang 并发Groutine实例解读（二）

go提供了sync包和channel机制来解决协程间的同步与通信。

一、sync.WaitGroup

sync包中的WaitGroup实现了一个类似任务队列的结构，你可以向队列中加入任务，任务完成后就把任务从队列中移除，如果队列中的任务没有全部完成，队列就会触发阻塞以阻止程序继续运行，具体用法参考如下代码：

package main
import (
    "fmt"
    "sync"
)
var waitgroup sync.WaitGroup
func Afunction(shownum int) {
    fmt.Println(shownum)
    waitgroup.Done() //任务完成，将任务队列中的任务数量-1，其实.Done就是.Add(-1)
}
 
func main() {
    for i := 0; i < 10; i++ {
        waitgroup.Add(1) //每创建一个goroutine，就把任务队列中任务的数量+1
        go Afunction(i)
    }
    waitgroup.Wait() //.Wait()这里会发生阻塞，直到队列中所有的任务结束就会解除阻塞
}

我们可以利用sync.WaitGroup来满足这样的情况：

        ▲某个地方需要创建多个goroutine，并且一定要等它们都执行完毕后再继续执行接下来的操作。

是的，WaitGroup最大的优点就是.Wait()可以阻塞到队列中的任务都完毕后才解除阻塞。

二、channel

channel是一种golang内置的类型，英语的直译为"通道"，其实，它真的就是一根管道，而且是一个先进先出的数据结构。

我们能对channel进行的操作只有4种：

(1) 创建chennel (通过make()函数)

(2) 放入数据 (通过 channel <- data 操作) 

(3) 取出数据 (通过 <-channel 操作)

(4)  关闭channel (通过close()函数)

但是channel有一些非常给力的性质需要你牢记，请一定要记住并理解好它们：

(1) channel是一种阻塞管道，是自动阻塞的。意思就是，如果管道满了，一个对channel放入数据的操作就会阻塞，直到有某个routine从channel中取出数据，这个放入数据的操作才会执行。相反同理，如果管道是空的，一个从channel取出数据的操作就会阻塞，直到某个routine向这个channel中放入数据，这个取出数据的操作才会执行。这是channel最重要的一个性质，没有之一。

package main
func main() {
    ch := make(chan int, 3)
    ch <- 1
    ch <- 1
    ch <- 1
    ch <- 1 //这一行操作就会发生阻塞，因为前三行的放入数据的操作已经把channel填满了

package main
func main() {
    ch := make(chan int, 3)
    <-ch //这一行会发生阻塞，因为channel才刚创建，是空的，没有东西可以取出
}

(2)channel分为有缓冲的channel和无缓冲的channel。两种channel的创建方法如下：

ch := make(chan int) //无缓冲的channel，同等于make(chan int, 0)
ch := make(chan int, 5) //一个缓冲区大小为5的channel

操作一个channel时一定要注意其是否带有缓冲，因为有些操作会触发channel的阻塞导致死锁。下面就来解释这些需要注意的情景。

首先来看一个一个例子，这个例子是两段只有主函数不同的代码：

package main
 
import "fmt"
 
func Afuntion(ch chan int) {
    fmt.Println("finish")
    <-ch
}
 
func main() {
    ch := make(chan int) //无缓冲的channel
    go Afuntion(ch)
    ch <- 1
    
    // 输出结果：
    // finish
}

package main
 
import "fmt"
 
func Afuntion(ch chan int) {
    fmt.Println("finish")
    <-ch
}
 
func main() {
    ch := make(chan int) //无缓冲的channel
    //只是把这两行的代码顺序对调一下
    ch <- 1
    go Afuntion(ch)
 
    // 输出结果：
    // 死锁，无结果
}

前一段代码最终会输出"finish"并正常结束，但是后一段代码会发生死锁。为什么会出现这种现象呢，咱们把上面两段代码的逻辑跑一下。

第一段代码：

        1. 创建了一个无缓冲channel

        2. 启动了一个goroutine，这个routine中对channel执行取出操作，但是因为这时候channel为空，所以这个取出操作发生阻塞，但是主routine可没有发生阻塞，它还在继续运行呢

        3. 主goroutine这时候继续执行下一行，往channel中放入了一个数据

        4. 这时阻塞的那个routine检测到了channel中存在数据了，所以接触阻塞，从channel中取出数据，程序就此完毕

第二段代码：

        1.  创建了一个无缓冲的channel

        2.  主routine要向channel中放入一个数据，但是因为channel没有缓冲，相当于channel一直都是满的，所以这里会发生阻塞。可是下面的那个goroutine还没有创建呢，主routine在这里一阻塞，整个程序就只能这么一直阻塞下去了，然后。。。然后就没有然后了。。死锁！

※从这里可以看出，对于无缓冲的channel，放入操作和取出操作不能再同一个routine中，而且应该是先确保有某个routine对它执行取出操作，然后才能在另一个routine中执行放入操作。

对于带缓冲的channel，就没那么多讲究了，因为有缓冲空间，所以只要缓冲区不满，放入操作就不会阻塞，同样，只要缓冲区不空，取出操作就不会阻塞。而且，带有缓冲的channel的放入和取出可以用在同一个routine中。

但是，并不是说有了缓冲就可以随意使用channel的放入和取出了，我们一定要注意放入和取出的速率问题。下面我们就举个例子来说明这种问题：

我们经常会用利用channel自动阻塞的性质来控制当前运行的goroutine的总数量，如下：

package main
 
import (
    "fmt"
)
 
func Afunction(ch chan int) {
    fmt.Println("finish")
    <-ch //goroutine执行完了就从channel取出一个数据
}
 
func main() {
    ch := make(chan int, 10)
    for i := 0; i < 1000; i++ {
        //每当创建goroutine的时候就向channel中放入一个数据，如果里面已经有10个数据了，就会
        //阻塞，由此我们将同时运行的goroutine的总数控制在<=10个的范围内
        ch <- 1
        go Afunction(ch)
    }
    // 这里只是示范个例子，当然，接下来应该有些更加周密的同步操作
}

上面这种channel的使用方式几乎经常会用到，但是再看一下接下来这段代码，它和上面这种使用channel的方式几乎一样，但是它会造成问题：

package main
func Afunction(ch chan int) {
    ch <- 1
    ch <- 1
    ch <- 1
    ch <- 1
    ch <- 1
 
    <-ch
}
 
func main() {
    //主routine的操作同上面那段代码
    ch := make(chan int, 10)
    for i := 0; i < 100; i++ {
        ch <- 1
        go Afunction(ch)
    }
 
    // 这段代码运行的结果为死锁
}

上面这段运行和之前那一段基本上原理是一样的，但是运行后却会发生死锁。为什么呢？其实总结起来就一句话，"放得太快，取得太慢了"。

按理说，我们应该在我们主routine中创建子goroutine并每次向channel中放入数据，而子goroutine负责从channel中取出数据。但是我们的这段代码在创建了子goroutine后，每个routine会向channel中放入5个数据。这样，每向channel中放入6个数据才会执行一次取出操作，这样一来就可能会有某一时刻，channel已经满了，但是所有的routine都在执行放入操作(因为它们当前执行放入操作的概率是执行取出操作的6倍)，这样一来，所有的routine都阻塞了，从而导致死锁。

在使用带缓冲的channel时一定要注意放入与取出的速率问题。

 (3)关闭后的channel可以取数据，但是不能放数据。而且，channel在执行了close()后并没有真的关闭，channel中的数据全部取走之后才会真正关闭。

package main
func main() {
    ch := make(chan int, 5)
    ch <- 1
    ch <- 1
    close(ch)
    ch <- 1 //不能对关闭的channel执行放入操作
        
        // 会触发panic
}

package main
func main() {
    ch := make(chan int, 5)
    ch <- 1
    ch <- 1
    close(ch)
    <-ch //只要channel还有数据，就可能执行取出操作
 
        //正常结束
}

package main
 
import "fmt"
 
func main() {
    ch := make(chan int, 5)
    ch <- 1
    ch <- 1
    ch <- 1
    ch <- 1
    close(ch)  //如果执行了close()就立即关闭channel的话，下面的循环就不会有任何输出了
    for {
        data, ok := <-ch
        if !ok {
            break
        }
        fmt.Println(data)
    }
    
    // 输出：
    // 1
    // 1
    // 1
    // 1
    // 
    // 调用了close()后，只有channel为空时，channel才会真的关闭
}

三、使用channel控制goroutine数量

channel的性质到这里就介绍完了，但是看上去，channel的使用似乎比WaitGroup要注意更多的细节，那么有什么理由一定要用channel来实现同步呢？channel相比WaitGroup有一个很大的优点，就是channel不仅可以实现协程的同步，而且可以控制当前正在运行的goroutine的总数。

下面就介绍几种利用channel控制goroutine数量的方法：

1.如果任务数量是固定的：

ackage main
func Afunction(ch chan int) {
    ch <- 1
}
 
func main() {
    var (
        ch        chan int = make(chan int, 20) //可以同时运行的routine数量为20
        dutycount int      = 500
    )
    for i := 0; i < dutycount; i++ {
        go Afunction(ch)
    }
 
    //知道了任务总量，可以像这样利用固定循环次数的循环检测所有的routine是否工作完毕
    for i := 0; i < dutycount; i++ {
        <-ch
    }
}

2.如果任务的数量不固定

package main
 
import (
    "fmt"
)
 
func Afunction(routineControl chan int, feedback chan string) {
    defer func() {
        <-routineControl
        feedback <- "finish"
    }()
 
    // do some process
    // ...
}
 
func main() {
    var (
        routineCtl chan int    = make(chan int, 20)
        feedback   chan string = make(chan string, 10000)
 
        msg      string
        allwork  int
        finished int
    )
    for i := 0; i < 1000; i++ {
        routineCtl <- 1
        allwork++
        go Afunction(routineCtl, feedback)
    }
 
    for {
        msg = <-feedback
        if msg == "finish" {
            finished++
        }
        if finished == allwork {
            break
        }
    }
}

四、不要使用无限循环检查goroutine是否完成工作

 在使用goroutine时，我们经常会写出这样的代码：

package main
 
import (
    "fmt"
)
 
var (
    flag bool
    str  string
)
 
func foo() {
    flag = true
    str = "setup complete!"
}
 
func main() {
    go foo()
    for !flag {
        //按照我们的本意，foo()执行完毕后，flag=true，循环就会退出。
        //但是其实这个循环永远都不会退出
    }
    fmt.Println(str)
}

运行之后发现main中的无限循环永远也无法退出，所以Go中不要用这种无限轮询的方式来检查goroutine是否完成了工作。

我们可以通过使用channel，让foo()和main()实现通信，让foo()执行完毕后通过channel发送一个消息给main()，告诉它自己的事儿完成了，然后main()收到消息后继续执行其他操作：

package main
 
import (
    "fmt"
)
 
var (
    flag bool
    str  string
)
 
func foo(ch chan string) {
    flag = true
    str = "setup complete!"
    ch <- "I'm complete." //foo():我的任务完成了，发个消息给你~
}
 
func main() {
    ch := make(chan string)
    go foo(ch)
    <-ch //main():OK，收到你的消息了~
    for !flag {
    }
    fmt.Println(str)
}

本文转自：http://blog.csdn.net/gophers/article/details/24665419