11.1 概述
11.1.1 并行和并发
并行(parallel)：指在同一时刻，有多条指令在多个处理器上同时执行。
并发(concurrency)：指在同一时刻只能有一条指令执行，但多个进程指令被快速的轮换执行，使得在宏观上具有多个进程同时执行的效果，但在微观上并不是同时执行的，只是把时间分成若干段，使多个进程快速交替的执行。
l 并行是两个队列同时使用两台咖啡机
l 并发是两个队列交替使用一台咖啡机
11.1.2 Go语言并发优势
有人把Go比作21世纪的C语言，第一是因为Go语言设计简单，第二，21世纪最重要的就是并行程序设计，而Go从语言层面就支持了并行。同时，并发程序的内存管理有时候是非常复杂的，而Go语言提供了自动垃圾回收机制。
Go语言为并发编程而内置的上层API基于CSP(communicating
sequential processes, 顺序通信进程)模型。这就意味着显式锁都是可以避免的，因为Go语言通过相册安全的通道发送和接受数据以实现同步，这大大地简化了并发程序的编写。
一般情况下，一个普通的桌面计算机跑十几二十个线程就有点负载过大了，但是同样这台机器却可以轻松地让成百上千甚至过万个goroutine进行资源竞争。
11.2 goroutine
11.2.1 goroutine是什么
goroutine是Go并行设计的核心。goroutine说到底其实就是协程，但是它比线程更小，十几个goroutine可能体现在底层就是五六个线程，Go语言内部帮你实现了这些goroutine之间的内存共享。执行goroutine只需极少的栈内存(大概是4~5KB)，当然会根据相应的数据伸缩。也正因为如此，可同时运行成千上万个并发任务。goroutine比thread更易用、更高效、更轻便。
11.2.2 创建goroutine
只需在函数调⽤语句前添加
go 关键字，就可创建并发执⾏单元。开发⼈员无需了解任何执⾏细节，调度器会自动将其安排到合适的系统线程上执行。
在并发编程里，我们通常想讲一个过程切分成几块，然后让每个goroutine各自负责一块工作。当一个程序启动时，其主函数即在一个单独的goroutine中运行，我们叫它main goroutine。新的goroutine会用go语句来创建。
示例代码：
package main
import (
“fmt”
“time”
)
func newTask() {
i := 0
for {
i++
fmt.Printf(“new goroutine: i = %d\n”, i)
time.Sleep(1 time.Second) //延时1s
}
}
func main() {
//创建一个 goroutine，启动另外一个任务
go newTask()
i := 0
//main goroutine 循环打印
for {
i++
fmt.Printf(“main goroutine: i = %d\n”, i)
time.Sleep(1 time.Second) //延时1s
}
}
程序运行结果：
11.2.3 主goroutine先退出
主goroutine退出后，其它的工作goroutine也会自动退出：
func newTask() {
i := 0
for {
i++
fmt.Printf(“new goroutine: i = %d\n”, i)
time.Sleep(1 time.Second) //延时1s
}
}
func main() {
//创建一个 goroutine，启动另外一个任务
*go newTask()
fmt.Println(“main goroutine exit”)
}
程序运行结果：
11.2.4 runtime包
11.2.4.1
Gosched
runtime.Gosched()
用于让出CPU时间片，让出当前goroutine的执行权限，调度器安排其他等待的任务运行，并在下次某个时候从该位置恢复执行。
这就像跑接力赛，A跑了一会碰到代码runtime.Gosched() 就把接力棒交给B了，A歇着了，B继续跑。
示例代码：
func main() {
//创建一个goroutine
go func(s string) {
for i := 0; i < 2; i++ {
fmt.Println(s)
}
}(“world”)
for i := 0; i < 2; i++ {
runtime.Gosched() //import “runtime”
/
屏蔽runtime.Gosched()运行结果如下：
hello
hello
没有runtime.Gosched()运行结果如下：
world
world
hello
hello
/
fmt.Println(“hello”)
}
}
11.2.4.2 Goexit
调用
runtime.Goexit() 将立即终止当前
goroutine 执⾏，调度器确保所有已注册
defer延迟调用被执行。
示例代码：
func main() {
go func() {
defer fmt.Println(“A.defer”)
func() {
defer fmt.Println(“B.defer”)
runtime.Goexit() // 终止当前 goroutine, import “runtime”
fmt.Println(“B”) // 不会执行
}()
fmt.Println(“A”) // 不会执行
}() //别忘了()
//死循环，目的不让主goroutine结束
for {
}
}
程序运行结果：
11.2.4.3 GOMAXPROCS
调用
runtime.GOMAXPROCS() 用来设置可以并行计算的CPU核数的最大值，并返回之前的值。
示例代码：
func main() {
//n := runtime.GOMAXPROCS(1) //打印结果：111111111111111111110000000000000000000011111…
n := runtime.GOMAXPROCS(2) //打印结果：010101010101010101011001100101011010010100110…
fmt.Printf(“n = %d\n”, n)
for {
go fmt.Print(0)
fmt.Print(1)
}
}
在第一次执行(runtime.GOMAXPROCS(1))时，最多同时只能有一个goroutine被执行。所以
会打印很多1。过了一段时间后，GO调度器会将其置为休眠，并唤醒另一个goroutine，这时候就开始打印很多0了，在打印的时候，goroutine是被调度到操作系统线程上的。
在第二次执行(runtime.GOMAXPROCS(2))时，我们使用了两个CPU，所以两个goroutine可以一起被执行，以同样的频率交替打印0和1。
11.3 channel
goroutine运行在相同的地址空间，因此访问共享内存必须做好同步。goroutine 奉行通过通信来共享内存，而不是共享内存来通信。
引⽤类型 channel 是 CSP 模式的具体实现，用于多个 goroutine 通讯。其内部实现了同步，确保并发安全。
11.3.1 channel类型
和map类似，channel也一个对应make创建的底层数据结构的引用。
当我们复制一个channel或用于函数参数传递时，我们只是拷贝了一个channel引用，因此调用者何被调用者将引用同一个channel对象。和其它的引用类型一样，channel的零值也是nil。
定义一个channel时，也需要定义发送到channel的值的类型。channel可以使用内置的make()函数来创建：
make(chan Type) //等价于make(chan Type, 0)
make(chan Type, capacity)
当 capacity= 0 时，channel 是无缓冲阻塞读写的，当capacity> 0 时，channel 有缓冲、是非阻塞的，直到写满 capacity个元素才阻塞写入。
channel通过操作符<-来接收和发送数据，发送和接收数据语法：
channel <- value //发送value到channel
<-channel //接收并将其丢弃
x := <-channel //从channel中接收数据，并赋值给x
x, ok := <-channel //功能同上，同时检查通道是否已关闭或者是否为空
默认情况下，channel接收和发送数据都是阻塞的，除非另一端已经准备好，这样就使得goroutine同步变的更加的简单，而不需要显式的lock。
示例代码：
func main() {
c := make(chan int)
go func() {
defer fmt.Println(“子协程结束”)
fmt.Println(“子协程正在运行……”)
c <- 666 //666发送到c
}()
num := <-c //从c中接收数据，并赋值给num
fmt.Println(“num = “, num)
fmt.Println(“main协程结束”)
}
程序运行结果：
11.3.2 无缓冲的channel
无缓冲的通道（unbuffered channel）是指在接收前没有能力保存任何值的通道。
这种类型的通道要求发送 goroutine 和接收 goroutine 同时准备好，才能完成发送和接收操作。如果两个goroutine没有同时准备好，通道会导致先执行发送或接收操作的 goroutine 阻塞等待。
这种对通道进行发送和接收的交互行为本身就是同步的。其中任意一个操作都无法离开另一个操作单独存在。
下图展示两个 goroutine 如何利用无缓冲的通道来共享一个值：
l 在第 1 步，两个 goroutine 都到达通道，但哪个都没有开始执行发送或者接收。
l 在第 2 步，左侧的 goroutine 将它的手伸进了通道，这模拟了向通道发送数据的行为。这时，这个 goroutine 会在通道中被锁住，直到交换完成。
l 在第 3 步，右侧的 goroutine 将它的手放入通道，这模拟了从通道里接收数据。这个 goroutine 一样也会在通道中被锁住，直到交换完成。
l 在第 4 步和第 5 步，进行交换，并最终，在第
6 步，两个 goroutine
都将它们的手从通道里拿出来，这模拟了被锁住的 goroutine 得到释放。两个 goroutine 现在都可以去做别的事情了。
无缓冲的channel创建格式：
make(chan Type) //等价于make(chan Type, 0)
如果没有指定缓冲区容量，那么该通道就是同步的，因此会阻塞到发送者准备好发送和接收者准备好接收。
示例代码：
func main() {
c := make(chan int, 0) //无缓冲的通道
//内置函数 len 返回未被读取的缓冲元素数量， cap 返回缓冲区大小
fmt.Printf(“len(c)=%d, cap(c)=%d\n”, len(c), cap(c))
go func() {
defer fmt.Println(“子协程结束”)
for i := 0; i < 3; i++ {
c <- i
fmt.Printf(“子协程正在运行[%d]: len(c)=%d, cap(c)=%d\n”, i, len(c), cap(c))
}
}()
time.Sleep(2 time.Second) //延时2s
*for i := 0; i < 3; i++ {
num := <-c //从c中接收数据，并赋值给num
fmt.Println(“num = “, num)
}
fmt.Println(“main协程结束”)
}
程序运行结果：
11.3.3 有缓冲的channel
有缓冲的通道（buffered
channel）是一种在被接收前能存储一个或者多个值的通道。
这种类型的通道并不强制要求
goroutine 之间必须同时完成发送和接收。通道会阻塞发送和接收动作的条件也会不同。只有在通道中没有要接收的值时，接收动作才会阻塞。只有在通道没有可用缓冲区容纳被发送的值时，发送动作才会阻塞。
这导致有缓冲的通道和无缓冲的通道之间的一个很大的不同：无缓冲的通道保证进行发送和接收的 goroutine 会在同一时间进行数据交换；有缓冲的通道没有这种保证。
示例图如下：
l 在第 1 步，右侧的 goroutine 正在从通道接收一个值。
l 在第 2 步，右侧的这个 goroutine独立完成了接收值的动作，而左侧的 goroutine 正在发送一个新值到通道里。
l 在第 3 步，左侧的goroutine 还在向通道发送新值，而右侧的 goroutine 正在从通道接收另外一个值。这个步骤里的两个操作既不是同步的，也不会互相阻塞。
l 最后，在第 4 步，所有的发送和接收都完成，而通道里还有几个值，也有一些空间可以存更多的值。
有缓冲的channel创建格式：
make(chan Type, capacity)
如果给定了一个缓冲区容量，通道就是异步的。只要缓冲区有未使用空间用于发送数据，或还包含可以接收的数据，那么其通信就会无阻塞地进行。
示例代码：
func main() {
c := make(chan int, 3) //带缓冲的通道
//内置函数 len 返回未被读取的缓冲元素数量， cap 返回缓冲区大小
fmt.Printf(“len(c)=%d, cap(c)=%d\n”, len(c), cap(c))
go func() {
defer fmt.Println(“子协程结束”)
for i := 0; i < 3; i++ {
c <- i
fmt.Printf(“子协程正在运行[%d]: len(c)=%d, cap(c)=%d\n”, i, len(c), cap(c))
}
}()
time.Sleep(2 time.Second) //延时2s
*for i := 0; i < 3; i++ {
num := <-c //从c中接收数据，并赋值给num
fmt.Println(“num = “, num)
}
fmt.Println(“main协程结束”)
}
程序运行结果：
11.3.4 range和close
如果发送者知道，没有更多的值需要发送到channel的话，那么让接收者也能及时知道没有多余的值可接收将是有用的，因为接收者可以停止不必要的接收等待。这可以通过内置的close函数来关闭channel实现。
示例代码：
func main() {
c := make(chan int)
go func() {
for i := 0; i < 5; i++ {
c <- i
}
//把 close(c) 注释掉，程序会一直阻塞在 if data, ok := <-c; ok 那一行
close(c)
}()
for {
//ok为true说明channel没有关闭，为false说明管道已经关闭
if data, ok := <-c; ok {
fmt.Println(data)
} else {
break
}
}
fmt.Println(“Finished”)
}
程序运行结果：
注意点：
l
channel不像文件一样需要经常去关闭，只有当你确实没有任何发送数据了，或者你想显式的结束range循环之类的，才去关闭channel；
l
关闭channel后，无法向channel 再发送数据(引发 panic 错误后导致接收立即返回零值)；
l
关闭channel后，可以继续向channel接收数据；
l
对于nil channel，无论收发都会被阻塞。
可以使用 range 来迭代不断操作channel：
func main() {
c := make(chan int)
go func() {
for i := 0; i < 5; i++ {
c <- i
}
//把 close(c) 注释掉，程序会一直阻塞在 for data := range c 那一行
close(c)
}()
for data := range c {
fmt.Println(data)
}
fmt.Println(“Finished”)
}
11.3.5 单方向的channel
默认情况下，通道是双向的，也就是，既可以往里面发送数据也可以同里面接收数据。
但是，我们经常见一个通道作为参数进行传递而值希望对方是单向使用的，要么只让它发送数据，要么只让它接收数据，这时候我们可以指定通道的方向。
单向channel变量的声明非常简单，如下：
var ch1 chan int // ch1是一个正常的channel，不是单向的
var ch2 chan<- float64 // ch2是单向channel，只用于写float64数据
var ch3 <-chan int // ch3是单向channel，只用于读取int数据
l chan<- 表示数据进入管道，要把数据写进管道，对于调用者就是输出。
l <-chan 表示数据从管道出来，对于调用者就是得到管道的数据，当然就是输入。
可以将 channel 隐式转换为单向队列，只收或只发，不能将单向 channel 转换为普通 channel：
c := make(chan int, 3)
var send chan<- int = c // send-only
var recv <-chan int = c // receive-only
send <- 1
//<-send //invalid operation: <-send (receive from send-only type chan<- int)
<-recv
//recv <- 2 //invalid operation: recv <- 2 (send to receive-only type <-chan int)
//不能将单向 channel 转换为普通 channel
d1 := (chan int)(send) //cannot convert send (type chan<- int) to type chan int
d2 := (chan int)(recv) //cannot convert recv (type <-chan int) to type chan int
示例代码：
// chan<- //只写
func counter(out chan<- int) {
defer close(out)
for i := 0; i < 5; i++ {
out <- i //如果对方不读 会阻塞
}
}
// <-chan //只读
func printer(in <-chan int) {
for num := range in {
fmt.Println(num)
}
}
func main() {
c := make(chan int) // chan //读写
go counter(c) //生产者
printer(c) //消费者
fmt.Println(“done”)
}
11.3.6 定时器
11.3.6.1 Timer
Timer是一个定时器，代表未来的一个单一事件，你可以告诉timer你要等待多长时间，它提供一个channel，在将来的那个时间那个channel提供了一个时间值。
示例代码：
import “fmt”
import “time”
func main() {
//创建定时器，2秒后，定时器就会向自己的C字节发送一个time.Time类型的元素值
timer1 := time.NewTimer(time.Second 2)
t1 := time.Now() //当前时间
fmt.Printf(“t1: %v\n”, t1)
t2 := <-timer1.C
fmt.Printf(“t2: %v\n”, t2)
//如果只是想单纯的等待的话，可以使用 time.Sleep 来实现
timer2 := time.NewTimer(time.Second 2)
<-timer2.C
fmt.Println(“2s后”)
time.Sleep(time.Second 2)
fmt.Println(“再一次2s后”)
<-time.After(time.Second 2)
fmt.Println(“再再一次2s后”)
timer3 := time.NewTimer(time.Second)
go func() {
<-timer3.C
fmt.Println(“Timer 3 expired”)
}()
stop := timer3.Stop() //停止定时器
if stop {
fmt.Println(“Timer 3 stopped”)
}
fmt.Println(“before”)
timer4 := time.NewTimer(time.Second 5) //原来设置3s
timer4.Reset(time.Second 1) //重新设置时间
<-timer4.C
fmt.Println(“after”)
}
11.3.6.2 Ticker
Ticker是一个定时触发的计时器，它会以一个间隔(interval)往channel发送一个事件(当前时间)，而channel的接收者可以以固定的时间间隔从channel中读取事件。
示例代码：
func main() {
//创建定时器，每隔1秒后，定时器就会给channel发送一个事件(当前时间)
ticker := time.NewTicker(time.Second 1)
i := 0
go func() {
for { //循环
<-ticker.C
i++
fmt.Println(“i = “, i)
if i == 5 {
ticker.Stop() //停止定时器
}
}
}() //别忘了()
//死循环，特地不让main goroutine结束
*for {
}
}
11.4 select
11.4.1 select作用
Go里面提供了一个关键字select，通过select可以监听channel上的数据流动。
select的用法与switch语言非常类似，由select开始一个新的选择块，每个选择条件由case语句来描述。
与switch语句可以选择任何可使用相等比较的条件相比， select有比较多的限制，其中最大的一条限制就是每个case语句里必须是一个IO操作，大致的结构如下：
select {
case <-chan1:
// 如果chan1成功读到数据，则进行该case处理语句
case chan2 <- 1:
// 如果成功向chan2写入数据，则进行该case处理语句
default:
// 如果上面都没有成功，则进入default处理流程
}
在一个select语句中，Go语言会按顺序从头至尾评估每一个发送和接收的语句。
如果其中的任意一语句可以继续执行(即没有被阻塞)，那么就从那些可以执行的语句中任意选择一条来使用。
如果没有任意一条语句可以执行(即所有的通道都被阻塞)，那么有两种可能的情况：
l 如果给出了default语句，那么就会执行default语句，同时程序的执行会从select语句后的语句中恢复。
l 如果没有default语句，那么select语句将被阻塞，直到至少有一个通信可以进行下去。
示例代码：
func fibonacci(c, quit chan int) {
x, y := 1, 1
for {
select {
case c <- x:
x, y = y, x+y
case <-quit:
fmt.Println(“quit”)
return
}
}
}
func main() {
c := make(chan int)
quit := make(chan int)
go func() {
for i := 0; i < 6; i++ {
fmt.Println(<-c)
}
quit <- 0
}()
fibonacci(c, quit)
}
运行结果如下：
11.4.2 超时
有时候会出现goroutine阻塞的情况，那么我们如何避免整个程序进入阻塞的情况呢？我们可以利用select来设置超时，通过如下的方式实现：
func main() {
c := make(chan int)
o := make(chan bool)
go func() {
for {
select {
case v := <-c:
fmt.Println(v)
case <-time.After(5 time.Second):
fmt.Println(“timeout”)
o <- true
*break
}
}
}()
//c <- 666 // 注释掉，引发 timeout
<-o
}
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