Go语言并发编程实战详解Channel和协程

Go语言并发编程实战详解Channel和协程

在Go语言中，并发编程是一个非常重要的知识点，Go语言的设计者为了解决多核CPU带来的并发问题，引入了协程(goroutine)和通道(channel)这两个概念，本文将详细介绍Go语言中的协程和通道，以及如何使用它们进行高效的并发编程。

协程

协程(goroutine)是Go语言中的一种轻量级的线程，它是由Go运行时管理的，协程相比于线程，更加轻便，创建和销毁的开销更小，Go语言中的每个程序都有一个主协程，其他协程由操作系统调度执行。

1、1 创建协程

要在Go语言中创建一个协程，可以使用go关键字。

go funcName()

或者：

var goroutineName = funcName()

1、2 同步与通信

协程之间可以通过通道(channel)进行同步和通信，通道是一种特殊的数据结构，可以用来在协程之间传递数据，通道有两个主要的操作：make和<-。

make操作用于创建一个新的通道，可以指定通道的缓冲区大小。

ch := make(chan int, 5) // 创建一个缓冲区大小为5的整型通道

<-操作用于从通道中接收数据。

value := <-ch // 从通道ch中接收数据并赋值给value变量

1、3 关闭通道

当不再需要使用通道时，应该使用close方法关闭通道，这将导致发送到通道的所有数据都被阻塞，直到接收端的协程调用<-操作获取数据。

close(ch) // 关闭通道ch

通道的使用场景

2、1 生产者-消费者模型

生产者-消费者模型是一种非常常见的并发场景，生产者负责生成数据，消费者负责处理数据，通过使用通道，可以实现生产者和消费者之间的解耦，提高代码的可读性和可维护性。

package main
import (
 "fmt"
 "time"
)
func producer(ch chan int) {
 for i := 0; i < 10; i++ {
  ch <i // 将数据发送到通道ch
  time.Sleep(time.Millisecond * 100) // 模拟生产数据的耗时操作
 }
 close(ch) // 关闭通道ch,表示生产者已经完成任务
}
func consumer(ch chan int) {
 for {
  value, ok := <-ch // 从通道ch中接收数据
  if !ok { // 如果通道已经被关闭，说明生产者已经完成任务，退出循环
   break
  }
  fmt.Println("消费者接收到数据：", value) // 处理数据
 }
}
func main() {
 ch := make(chan int, 5) // 创建一个缓冲区大小为5的整型通道
 go producer(ch) // 启动生产者协程
 go consumer(ch) // 启动消费者协程
 time.Sleep(time.Second * 3) // 让生产者和消费者协程运行一段时间，观察效果
}

2、2 并行计算任务分发与结果收集

在分布式系统或者高性能计算场景中，可以将任务分发给多个协程并行执行，然后将结果收集起来，通过使用通道，可以实现任务的分发和结果的收集。

package main
import (
 "fmt"
 "sync"
 "time"
)
func worker(id int, start int64, end int64, resultChan chan int64) {
 sum := int64(0) // 每个worker计算一部分数据之和作为结果发送到resultChan通道中
 for i := start; i < end; i++ { // 每个worker计算一部分数据之和作为结果发送到resultChan通道中
  sum += i + id // 这里只是简单地将i加上id作为结果，实际应用中可以根据需求进行复杂的计算操作
  time.Sleep(time.Millisecond 100) // 模拟计算数据的耗时操作，这里使用固定的时间间隔作为示例，实际情况下可以根据需求调整时间间隔或者使用非阻塞的方式进行计算操作(如使用math/big包中的BigInt类型)以提高性能和效率，如果当前计算的数据超出了int64的范围，则需要使用大数字运算库来支持更大的数值范围，另外还可以根据需求选择不同的算法来进行优化，最后将结果发送到resultChan通道中，如果当前协程被中断或者出现异常情况，则需要在发送结果之前先关闭resultChan通道以防止数据丢失或重复发送，因此需要使用sync.WaitGroup来等待所有协程执行完毕后再关闭resultChan通道，下面是一个简单的示例代码