这是我参与「第五届青训营」伴学笔记创作活动的第 4 天
前言
本文从并发编程的视角来了解Go高性能的本质、为何Go的运行可以如此之快，主要涉及到知识点：并发、并行、协程、CSP模型、Channel、Mutex、WaitGroup等。
并发编程
并发VS并行
并发是指多个线程在同一个CPU上运行，主要是通过时间片的切换看起来像多个程序在同时运行，只不过CPU时间片的切换十分迅速，我们感知不到。
并行是指多个线程在多个CPU上运行，多个线程在同一时间同时运行而不是时间片的切换。
Go可以充分发挥多核CPU的优势，高效运行。
协程
在Go实现高并发的机制里，还有一个重要的概念——协程Goroutine，协程也叫做轻量级线程。
线程在创建时需要消耗一定的系统资源，线程属于内核态，线程的创建、切换、停止都属于比较重量级的系统操作，占用系统栈资源属于MB级别。
协程是属于用户态的，属于轻量级线程，协程的创建、切换、销毁都是由Go语言本身完成，比线程消耗的资源少的多，占用系统栈资源属于KB级别。
一个线程里可以同时执行多个协程，Go可以同时创建上万级别的协程，也是Go支持高并发原因之一。
代码示例
Go创建协程十分简单，只需要在调用的函数前加一个go关键字即可。
import (
"fmt"
"time"
)
func hello(i int) {
println("hello world : " + fmt.Sprint(i))
}
func main() {
for i := 0; i < 5; i++ {
// 开启协程
go hello(i)
}
// 等协程执行结束后，主线程再结束
time.Sleep(time.Second)
}
复制代码CSP模型
CSP（Communicating Sequential Process）通信顺序进程、交谈循序程序，也被译为交换消息的循序程序，它是一种用来描述并发行系统之间进行交互的模型。
CSP最大的优点就是灵活，但也很容易出现死锁。
Go提倡通过通信共享内容而不是通过共享内存而实现通信。
通道
通过通信共享内存涉及到另一个概念——通道Channel。
Go可以使用Channel控制子协程，在创建协程时需要创建同样数量的Channel。
每个通道只允许交换指定类型的数据，在Go中使用chan关键字来声明一个通道，使用 close函数来关闭通道。
通过操作符<-来指定通道的方向，实现发送或接收。
通道的创建
make(chan 元素类型, [缓冲大小])
通道分类：
- 无缓冲通道 make(chan int)
- 有缓冲通道 make(chan int, 2)
无缓冲通道也被称为同步通道。
有缓冲通道也是一个生产-消费模型。
代码示例
下面通过一个代码示例，看一下通道的具体使用，示例通过协程和通道完成输出一个数的平方功能。
代码功能逻辑如下：
- A子协程发送0 ~ 9数字
- B子协程计算输入数字的平方
- 主协程输出最后的平方数
func main() {
src := make(chan int)
dest := make(chan int, 3)
// A子协程
go func() {
defer close(src)
for i := 0; i < 10; i++ {
// 将数字发送到channel
src <- i
}
}()
// B子协程
go func() {
defer close(dest)
for i := range src {
// 将计算好的数字发送到channel
dest <- i * i
}
}()
for i := range dest {
println(i)
}
}
复制代码并发安全Lock
Go也有类似Java的锁机制，这种机制是通过共享内存来实现通讯的。
Mutex
Go加锁可以使用Mutex来实现，通过加锁可以实现多个协程在同一时间只有获取到锁的协程来运行，其他协程只能等待锁的释放，Mutex是一种互斥锁。
下面通过一个例子来看下多个协程对一个数字的相加，通过加锁与不加锁来看下两者的区别。
var (
x int64
lock sync.Mutex
)
func addWithLock() {
for i := 0; i < 2000; i++ {
lock.Lock()
x++
lock.Unlock()
}
}
func addWithoutLock() {
for i := 0; i < 2000; i++ {
x++
}
}
func main() {
x = 0
for i := 0; i < 5; i++ {
go addWithoutLock()
}
time.Sleep(time.Second)
println("withoutLock:", x)
x = 0
for i := 0; i < 5; i++ {
go addWithLock()
}
time.Sleep(time.Second)
println("withLock:", x)
}
复制代码运行代码输出结果为：
withoutLock: 8113
withLock: 10000
复制代码其中withoutLock的结果每次运行结果可能不同，可以看出在不加锁的情况下，得出的结果是不满足预期结果的，也就是出现了内存不安全的资源竞争。
WaitGroup
Go中的 WaitGroup 是一个计数信号量，WaitGroup 和 Java 中的 CyclicBarrier、CountDownLatch 非常类似，可以用来记录并维护运行的 goroutine。如果 WaitGroup的值大于 0，Wait 方法就会阻塞，常用来实现并发编程时的同步操作。
WaitGroup有3个方法，Add、Done、Wait。
使用方法：当开启协程时调用Add方法增加一个计数，完成时调用Done方法减去一个计数，Wait会一直阻塞直到WaitGroup的值为 0。
下面使用WaitGroup来实现一个等待所有协程执行完的例子：
func main() {
var wg sync.WaitGroup
// 开启5个计数
wg.Add(5)
for i := 0; i < 5; i++ {
go func(j int) {
// 执行完时调用Donw
defer wg.Done()
hello(j)
}(i)
}
// 等待所有协程执行完
wg.Wait()
}
复制代码总结
本文主要涉及到知识点：并发、并行、协程、CSP模型、Channel、Mutex、WaitGroup等。