1、什么是协程

一个应用程序是运行在机器上的一个进程；进程是一个运行在自己内存地址空间里的独立执行体。一个进程由一个或多个操作系统线程组成，这些线程其实是共享同一个内存地址空间的一起工作的执行体。几乎所有’正式’的程序都是多线程的，以便让用户或计算机不必等待，或者能够同时服务多个请求（如 Web 服务器），或增加性能和吞吐量（例如，通过对不同的数据集并行执行代码）。一个并发程序可以在一个处理器或者内核上使用多个线程来执行任务，但是只有同一个程序在某个时间点同时运行在多核或者多处理器上才是真正的并行。
并行是一种通过使用多处理器以提高速度的能力。所以并发程序可以是并行的，也可以不是。
公认的，使用多线程的应用难以做到准确，最主要的问题是内存中的数据共享，它们会被多线程以无法预知的方式进行操作，导致一些无法重现或者随机的结果（称作 竞态）。
不要使用全局变量或者共享内存，它们会给你的代码在并发运算的时候带来危险。
解决之道在于同步不同的线程，对数据加锁，这样同时就只有一个线程可以变更数据。在 Go 的标准库 sync 中有一些工具用来在低级别的代码中实现加锁。不过过去的软件开发经验告诉我们这会带来更高的复杂度，更容易使代码出错以及更低的性能，所以这个经典的方法明显不再适合现代多核/多处理器编程：thread-per-connection 模型不够有效。
Go 更倾向于其他的方式，在诸多比较合适的范式中，有个被称作 Communicating Sequential Processes（顺序通信处理）（CSP, C. Hoare 发明的）还有一个叫做 message passing-model（消息传递）（已经运用在了其他语言中，比如 Erlang）。
在 Go 中，应用程序并发处理的部分被称作 goroutines（协程），它可以进行更有效的并发运算。在协程和操作系统线程之间并无一对一的关系：协程是根据一个或多个线程的可用性，映射（多路复用，执行于）在他们之上的；协程调度器在 Go 运行时很好的完成了这个工作。
协程工作在相同的地址空间中，所以共享内存的方式一定是同步的；这个可以使用 sync 包来实现，不过我们很不鼓励这样做：Go 使用 channels 来同步协程，当系统调用（比如等待 I/O）阻塞协程时，其他协程会继续在其他线程上工作。协程的设计隐藏了许多线程创建和管理方面的复杂工作。
协程是轻量的，比线程更轻。它们痕迹非常不明显（使用少量的内存和资源）：使用 4K 的栈内存就可以在堆中创建它们。因为创建非常廉价，必要的时候可以轻松创建并运行大量的协程（在同一个地址空间中 100,000 个连续的协程）。并且它们对栈进行了分割，从而动态的增加（或缩减）内存的使用；栈的管理是自动的，但不是由垃圾回收器管理的，而是在协程退出后自动释放。
协程可以运行在多个操作系统线程之间，也可以运行在线程之内，让你可以很小的内存占用就可以处理大量的任务。由于操作系统线程上的协程时间片，你可以使用少量的操作系统线程就能拥有任意多个提供服务的协程，而且 Go 运行时可以聪明的意识到哪些协程被阻塞了，暂时搁置它们并处理其他协程。
存在两种并发方式：确定性的（明确定义排序）和非确定性的（加锁/互斥从而未定义排序）。Go 的协程和通道理所当然的支持确定性的并发方式（例如通道具有一个 sender 和一个 receiver）。
协程是通过使用关键字 go 调用（执行）一个函数或者方法来实现的（也可以是匿名或者 lambda 函数）。这样会在当前的计算过程中开始一个同时进行的函数，在相同的地址空间中并且分配了独立的栈，比如：go sum(bigArray)，在后台计算总和。
协程的栈会根据需要进行伸缩，不出现栈溢出；开发者不需要关心栈的大小。当协程结束的时候，它会静默退出：用来启动这个协程的函数不会得到任何的返回值。
任何 Go 程序都必须有的 main() 函数也可以看做是一个协程，尽管它并没有通过 go 来启动。协程可以在程序初始化的过程中运行（在 init() 函数中）。
在一个协程中，比如它需要进行非常密集的运算，你可以在运算循环中周期的使用 runtime.Gosched()：这会让出处理器，允许运行其他协程；它并不会使当前协程挂起，所以它会自动恢复执行。使用 Gosched() 可以使计算均匀分布，使通信不至于迟迟得不到响应。

2、协程间的通信

2.1、概念

协程是独立执行的，他们之间没有通信。他们必须通信才会变得更有用：彼此之间发送和接收信息并且协调/同步他们的工作。协程可以使用共享变量来通信，但是很不提倡这样做，因为这种方式给所有的共享内存的多线程都带来了困难。
而Go有一个特殊的类型，通道（channel），像是通道（管道），可以通过它们发送类型化的数据在协程之间通信，可以避开所有内存共享导致的坑；通道的通信方式保证了同步性。数据通过通道：同一时间只有一个协程可以访问数据：所以不会出现数据竞争，设计如此。数据的归属（可以读写数据的能力）被传递。
工厂的传送带是个很有用的例子。一个机器（生产者协程）在传送带上放置物品，另外一个机器（消费者协程）拿到物品并打包。
通道服务于通信的两个目的：值的交换，同步的，保证了两个计算（协程）任何时候都是可知状态。
协程（goroutine） - 图1
通常使用这样的格式来声明通道：var identifier chan datatype
未初始化的通道的值是nil。
所以通道只能传输一种类型的数据，比如 chan int 或者 chan string，所有的类型都可以用于通道，空接口 interface{} 也可以。甚至可以（有时非常有用）创建通道的通道。
通道实际上是类型化消息的队列：使数据得以传输。它是先进先出（FIFO）的结构所以可以保证发送给他们的元素的顺序（有些人知道，通道可以比作 Unix shells 中的双向管道（two-way pipe））。通道也是引用类型，所以我们使用 make() 函数来给它分配内存。这里先声明了一个字符串通道 ch1，然后创建了它（实例化）：

  1. var ch1 chan string
  2. ch1 = make(chan string)

当然可以更短： ch1 := make(chan string)。
这里我们构建一个int通道的通道： chanOfChans := make(chan int)。
或者函数通道：funcChan := chan func()。
所以通道是对象的第一类型：可以存储在变量中，作为函数的参数传递，从函数返回以及通过通道发送它们自身。另外它们是类型化的，允许类型检查，比如尝试使用整数通道发送一个指针。

2.2、通信操作符 <-

这个操作符直观的标示了数据的传输：信息按照箭头的方向流动。
流向通道（发送）ch <- int1 表示：用通道 ch 发送变量 int1（双目运算符，中缀 = 发送）
从通道流出（接收），三种方式：
int2 = <- ch 表示：变量 int2 从通道 ch（一元运算的前缀操作符，前缀 = 接收）接收数据（获取新值）；
假设 int2 已经声明过了，如果没有的话可以写成：int2 := <- ch；
<- ch 可以单独调用获取通道的（下一个）值，当前值会被丢弃，但是可以用来验证，所以以下代码是合法的：

  1. if <- ch != 1000{
  2.     ...
  3. }

操作符 <- 也被用来发送和接收，Go 尽管不必要，为了可读性，通道的命名通常以 ch 开头或者包含 chan。通道的发送和接收操作都是自动的：它们通常一气呵成。下面的示例展示了通信操作。

  1. package main
  3. import (
  4.     "fmt"
  5.     "time"
  6. )
  8. func main() {
  9.     ch := make(chan string)
  10.     go sendData(ch)
  11.     go getData(ch)  
  12.     time.Sleep(1e9)
  13. }
  15. func sendData(ch chan string) {
  16.     ch <- "Washington"
  17.     ch <- "Tripoli"
  18.     ch <- "London"
  19.     ch <- "Beijing"
  20.     ch <- "Tokio"
  21. }
  23. func getData(ch chan string) {
  24.     var input string
  25.     // time.Sleep(2e9)
  26.     for {
  27.         input = <-ch
  28.         fmt.Printf("%s ", input)
  29.     }
  30. }
  32. //输出
  33. Washington Tripoli London Beijing Tokio

2.3、通道阻塞

默认情况下，通信是同步且无缓冲的：在有接受者接收数据之前，发送不会结束。可以想象一个无缓冲的通道在没有空间来保存数据的时候：必须要一个接收者准备好接收通道的数据然后发送者可以直接把数据发送给接收者。所以通道的发送/接收操作在对方准备好之前是阻塞的：
1）对于同一个通道，发送操作（协程或者函数中的），在接收者准备好之前是阻塞的：如果ch中的数据无人接收，就无法再给通道传入其他数据：新的输入无法在通道非空的情况下传入。所以发送操作会等待 ch 再次变为可用状态：就是通道值被接收时（可以传入变量）。
2）对于同一个通道，接收操作是阻塞的（协程或函数中的），直到发送者可用：如果通道中没有数据，接收者就阻塞了。
尽管这看上去是非常严格的约束，实际在大部分情况下工作的很不错。
下面程序验证了以上理论，一个协程在无限循环中给通道发送整数数据。不过因为没有接收者，只输出了一个数字 0。

  1. package main
  3. import "fmt"
  5. func main() {
  6.     ch1 := make(chan int)
  7.     go pump(ch1)       // pump hangs
  8.     fmt.Println(<-ch1) // prints only 0
  9. }
  11. func pump(ch chan int) {
  12.     for i := 0; ; i++ {
  13.         ch <- i
  14.     }
  15. }

2.4、带缓冲的通道

一个无缓冲通道只能包含 1 个元素，有时显得很局限。我们给通道提供了一个缓存，可以在扩展的 make 命令中设置它的容量，如下：

  1. buf := 100
  2. ch1 := make(chan string, buf)

buf 是通道可以同时容纳的元素（这里是 string）个数
在缓冲满载（缓冲被全部使用）之前，给一个带缓冲的通道发送数据是不会阻塞的，而从通道读取数据也不会阻塞，直到缓冲空了。
缓冲容量和类型无关，所以可以（尽管可能导致危险）给一些通道设置不同的容量，只要他们拥有同样的元素类型。内置的 cap 函数可以返回缓冲区的容量。
如果容量大于 0，通道就是异步的了：缓冲满载（发送）或变空（接收）之前通信不会阻塞，元素会按照发送的顺序被接收。如果容量是0或者未设置，通信仅在收发双方准备好的情况下才可以成功。
同步：ch :=make(chan type, value)

  • value == 0 -> synchronous, unbuffered (阻塞）
  • value > 0 -> asynchronous, buffered（非阻塞）取决于value元素

若使用通道的缓冲，你的程序会在“请求”激增的时候表现更好：更具弹性，专业术语叫：更具有伸缩性（scalable）。要在首要位置使用无缓冲通道来设计算法，只在不确定的情况下使用缓冲。

3、使用 select 切换协程

从不同的并发执行的协程中获取值可以通过关键字select来完成，它和switch控制语句非常相似（章节5.3）也被称作通信开关；它的行为像是“你准备好了吗”的轮询机制；select监听进入通道的数据，也可以是用通道发送值的时候。

  1. select {
  2. case u:= <- ch1:
  3.         ...
  4. case v:= <- ch2:
  5.         ...
  6.         ...
  7. default: // no value ready to be received
  8.         ...
  9. }

default 语句是可选的；fallthrough 行为，和普通的 switch 相似，是不允许的。在任何一个 case 中执行 break 或者 return，select 就结束了。
select 做的就是：选择处理列出的多个通信情况中的一个。

  • 如果都阻塞了，会等待直到其中一个可以处理
  • 如果多个可以处理，随机选择一个
  • 如果没有通道操作可以处理并且写了 default 语句，它就会执行：default 永远是可运行的（这就是准备好了，可以执行）。

在 select 中使用发送操作并且有 default可以确保发送不被阻塞！如果没有 case，select 就会一直阻塞。
select 语句实现了一种监听模式，通常用在（无限）循环中；在某种情况下，通过 break 语句使循环退出。
在下面程序中有 2 个通道 ch1 和 ch2，三个协程 pump1()、pump2() 和 suck()。这是一个典型的生产者消费者模式。在无限循环中，ch1 和 ch2 通过 pump1() 和 pump2() 填充整数；suck() 也是在无限循环中轮询输入的，通过 select 语句获取 ch1 和 ch2 的整数并输出。选择哪一个 case 取决于哪一个通道收到了信息。程序在 main 执行 1 秒后结束。

  1. package main
  3. import (
  4.     "fmt"
  5.     "time"
  6. )
  8. func main() {
  9.     ch1 := make(chan int)
  10.     ch2 := make(chan int)
  11.     go pump1(ch1)
  12.     go pump2(ch2)
  13.     go suck(ch1, ch2)
  14.     time.Sleep(1e9)
  15. }
  17. func pump1(ch chan int) {
  18.     for i := 0; ; i++ {
  19.         ch <- i * 2
  20.     }
  21. }
  23. func pump2(ch chan int) {
  24.     for i := 0; ; i++ {
  25.         ch <- i + 5
  26.     }
  27. }
  29. func suck(ch1, ch2 chan int) {
  30.     for {
  31.         select {
  32.         case v := <-ch1:
  33.             fmt.Printf("Received on channel 1: %d\n", v)
  34.         case v := <-ch2:
  35.             fmt.Printf("Received on channel 2: %d\n", v)
  36.         }
  37.     }
  38. }
  40. //输出
  41. Received on channel 2: 5
  42. Received on channel 2: 6
  43. Received on channel 1: 0
  44. Received on channel 2: 7
  45. Received on channel 2: 8
  46. Received on channel 2: 9
  47. Received on channel 2: 10
  48. Received on channel 1: 2
  49. Received on channel 2: 11
  50. ...
  51. Received on channel 2: 47404
  52. Received on channel 1: 94346
  53. Received on channel 1: 94348