Golang中闭包的理解

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简介

参考博客:
- https://www.calhoun.io/what-is-a-closure/
- https://blog.cloudflare.com/a-go-gotcha-when-closures-and-goroutines-collide/

Golang的闭包

函数在Golang中是“一等公民”,因此关于函数的特性必须要掌握号,闭包可以看成函数的告诫应用,是Golang高级开发的必备技能。

匿名函数

“一等公民”意味着函数可以像普通的类型(整型、字符串等)一样进行赋值、作为函数的参数传递、作为函数的返回值等。Golang的函数只能返回匿名函数!
代码实例:

var f = func(int) {}

func main() {
    f = func(i int) {
        fmt.Println(i)
    }
    f(2)
    f = func(i int) {
        fmt.Println(i * i * i)
    }
    f(2)
}
/*
输出:
2
8
*/

上述代码中,f可以被任何输入一个整型,无返回值的函数给赋值,这类似于C++中的函数指针。因此f可以看成是一个函数类型的变量。这样,可以动态的改变f的功能。匿名函数可以动态的创建,与之成对比的常规函数必须在包中编译前就定义完毕。匿名函数可以随时改变功能。

闭包

闭包是匿名函数与匿名函数所引用环境的组合。匿名函数有动态创建的特性,该特性使得匿名函数不用通过参数传递的方式,就可以直接引用外部的变量。这就类似于常规函数直接使用全局变量一样,个人理解为:匿名函数和它引用的变量以及环境,类似常规函数引用全局变量处于一个包的环境。

func main() {
    n := 0
    f := func() int {
        n += 1
        return n
    }
    fmt.Println(f())  // 别忘记括号,不加括号相当于地址
    fmt.Println(f())
}
/*
输出:
1
2
*/

在上述代码中,

n := 0
f := func() int {
    n += 1
    return n
}

就是一个闭包,类比于常规函数+全局变量+包。f不仅仅是存储了一个函数的返回值,它同时存储了一个闭包的状态。

闭包作为函数返回值

匿名函数作为返回值,不如理解理解为闭包作为函数的返回值,如下代码:

func Increase() func() int {
    n := 0
    return func() int {
        n++
        return n
    }
}

func main() {
    in := Increase()
    fmt.Println(in())
    fmt.Println(in())
}
/*
输出:
1
2
*/

闭包被返回赋予一个同类型的变量时,同时赋值的是整个闭包的状态,该状态会一直存在外部被赋值的变量in中,直到in被销毁,整个闭包也被销毁。

Golang并发中的闭包

Go语言的并发时,一定要处理好循环中的闭包引用的外部变量。如下代码:

func main() {
    runtime.GOMAXPROCS(runtime.NumCPU())

    var wg sync.WaitGroup
    for i := 0; i < 5; i++ {
        wg.Add(1)
        go func() {
            fmt.Println(i)
            wg.Done()
        }()
    }
    wg.Wait()
}
输出结果:
5
5
5
5
5

这种现象的原因在于闭包共享外部的变量i,注意到,每次调用go就会启动一个goroutine,这需要一定时间;但是,启动的goroutine与循环变量递增不是在同一个goroutine,可以把i认为处于主goroutine中。启动一个goroutine的速度远小于循环执行的速度,所以即使是第一个goroutine刚起启动时,外层的循环也执行到了最后一步了。由于所有的goroutine共享i,而且这个i会在最后一个使用它的goroutine结束后被销毁,所以最后的输出结果都是最后一步的i==5

我们可以使用循环的延时在验证上述说法:

func main() {
    runtime.GOMAXPROCS(runtime.NumCPU())

    var wg sync.WaitGroup
    for i := 0; i < 5; i++ {
        wg.Add(1)
        go func() {
            fmt.Println(i)
            wg.Done()
        }()
        time.Sleep(1 * time.Second)   // 设置时间延时1秒
    }
    wg.Wait()
}
/*
输出结果:
0
1
2
3
4
*/

每一步循环至少间隔一秒,而这一秒的时间足够启动一个goroutine了,因此这样可以输出正确的结果。

在实际的工程中,不可能进行延时,这样就没有并发的优势,一般采取下面两种方法:
1. 共享的环境变量作为函数参数传递:

func main() {
    runtime.GOMAXPROCS(runtime.NumCPU())

    var wg sync.WaitGroup
    for i := 0; i < 5; i++ {
        wg.Add(1)
        go func(i int) {
            fmt.Println(i)
            wg.Done()
        }(i)
    }
    wg.Wait()
}
/*
输出:
4
0
3
1
2
*/

输出结果不一定按照顺序,这取决于每个goroutine的实际情况,但是最后的结果是不变的。可以理解为,函数参数的传递是瞬时的,而且是在一个goroutine执行之前就完成,所以此时执行的闭包存储了当前i的状态。

2.使用同名的变量保留当前的状态

func main() {
    runtime.GOMAXPROCS(runtime.NumCPU())

    var wg sync.WaitGroup
    for i := 0; i < 5; i++ {
        wg.Add(1)
        i := i       // 注意这里的同名变量覆盖
        go func() {
            fmt.Println(i)
            wg.Done()
        }()
    }
    wg.Wait()
}
/*
输出结果:
4
2
0
3
1
结果顺序原因同1
*/

同名的变量i作为内部的局部变量,覆盖了原来循环中的i,此时闭包中的变量不在是共享外循环的i,而是都有各自的内部同名变量i,赋值过程发生于循环goroutine,因此保证了独立。

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