关于golang并发的深入理解

预备知识

1.1 进程、线程、协程

进程（Process）：在内存中的程序。有自己独立的独占的虚拟 CPU 、虚拟的 Memory、虚拟的 IO devices。

OS 直接支持并调度。进程之间只能通过系统提供的 IO 机制通讯。共享内存（变量）是不可能的！

(1) 每一进程占用独立的地址空间。 

• 此处的地址空间包括代码、数据及其他资源。

(2) 进程间的通信开销较大且受到许多限制。 

• 对象（或函数）接口、通信协议、…

(3) 进程间的切换开销也较大。 

• 又称Context Switch。
• 上下文包括代码、数据、堆栈、处理器状态、资源、…

线程（Thread）：轻量级进程。在现代操作系统中，是进程中程序执行流的最小单元。一个标准的线程由线程ID，当前指令指针(PC），寄存器集合和堆栈组成。

一个进程由若干线程组成，它们共享进程的计算、存储、IO资源。因此，程序员必须使用系统提供的同步、消息机制，处理资源的竞争和消息的通讯。

(1) 多个线程共享进程的地址空间（代码、数据、其他资源等）。 

• 线程也需要自己的资源，如程序计数器、寄存器组、调用栈等。

(2) 线程间的通信开销较少且比较简单。 

• 因为共享而减少了需要通信的内容。
• 但也因为充分共享而无法对共享资源进行保护。

(3) 线程间的切换开销也较小。 

• 只需保存每一线程的程序计数器、寄存器组、堆栈等空间。
• 不必切换或复制整个地址空间，从而成本大为降低（约1/10）

线程有分为两大类：

• 操作系统管理的线程（Core Thread），通常根据 CPU 资源决定线程的数量，一般为 CPU 数量的两倍。
• 语言提供的线程库管理的线程（User Thread），它执行时映射到系统线程，按任务类型（计算密集型，IO密集型）决定线程池的管理方式与数量。

协程（coroutine/fiber）：轻量级线程。 是可以并发执行的函数，由编译或用户指定位置将控制权交给协程调度程序执行的方式。它是非抢占式的，可以避免反复系统调用，还有进程切换造成的开销，给你上几千个逻辑流，也称用户级别线程。

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。 

并行是两个队列同时使用两台咖啡机，并发是两个队列交替使用一台咖啡机 

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语言中有个概念叫做goroutine, 这类似我们熟知的线程，但是更轻。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。

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。

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。

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() { 
    go newTask()   //创建一个 goroutine，启动另外一个任务
    i := 0
    for {          //main goroutine 循环打印
        i++
        fmt.Printf("main goroutine: i = %d\n", i)
        time.Sleep(1 * time.Second) //延时1s
    }
}

程序运行结果：

main goroutine: i = 1
new goroutine: i = 1
main goroutine: i = 2
new goroutine: i = 2
main goroutine: i = 3
new goroutine: i = 3
……

以下的程序，我们串行地去执行两次loop函数:

func loop() {
    for i := 0; i < 10; i++ {
        fmt.Printf("%d ", i)
    }
}

func main() {
    loop()
    loop()
}

毫无疑问，输出会是这样的:

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

下面我们把一个loop放在一个goroutine里跑，我们可以使用关键字go来定义并启动一个goroutine:

func main() {
    go loop() // 启动一个goroutine
    loop()
}

这次的输出变成了:

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

可是为什么只输出了一趟呢？明明我们主线跑了一趟，也开了一个goroutine来跑一趟啊。

原来，在goroutine还没来得及跑loop的时候，主函数已经退出了。

main函数退出地太快了，我们要想办法阻止它过早地退出，一个办法是让main等待一下:

func main() {
    go loop()
    loop()
    time.Sleep(time.Second) // 停顿一秒
}

这次确实输出了两趟，目的达到了。可是采用等待的办法并不好，如果goroutine在结束的时候，告诉下主线说“Hey, 我要跑完了！”就好了，这就是接下来要讲到的信道。

信道

       信道是什么？简单说，是goroutine之间互相通讯的东西。类似我们Unix上的管道（可以在进程间传递消息）， 用来goroutine之间发消息和接收消息。其实，就是在做goroutine之间的内存共享。

var ch chan int      // 声明一个传递int类型的channel
ch := make(chan int) // 使用内置函数make()定义一个channel

//=========
ch <- value          // 将一个数据value写入至channel，这会导致阻塞，直到有其他goroutine从这个channel中读取数据
value := <-ch        // 从channel中读取数据，如果channel之前没有写入数据，也会导致阻塞，直到channel中被写入数据为止

//=========
close(ch)            // 关闭channel

使用make来建立一个信道:

var channel chan int = make(chan int) // 或channel := make(chan int)

那如何向信道存消息和取消息呢？ 一个例子:

func main() {
    var messages chan string = make(chan string)
    go func(message string) {
        messages <- message // 存消息
    }("Ping!")
    fmt.Println(<-messages) // 取消息
}

默认的，信道的存消息和取消息都是阻塞的 (叫做无缓冲的信道，不过缓冲这个概念稍后了解，先说阻塞的问题)。

也就是说, 无缓冲的信道在取消息和存消息的时候都会挂起当前的goroutine，除非另一端已经准备好。

比如以下的main函数和foo函数:

var ch chan int = make(chan int)

func foo() {
    ch <- 0  // 向ch中加数据，如果没有其他goroutine来取走这个数据，那么挂起foo, 直到main函数把0这个数据拿走
}

func main() {
    go foo()
    <- ch // 从ch取数据，如果ch中还没放数据，那就挂起main线，直到foo函数中放数据为止
}

那既然信道可以阻塞当前的goroutine, 那么回到上一部分「goroutine」所遇到的问题「如何让goroutine告诉主线我执行完毕了」 的问题来, 使用一个信道来告诉主线即可:

var complete chan int = make(chan int)

func loop() {
    for i := 0; i < 10; i++ {
        fmt.Printf("%d ", i)
    }
    complete <- 0 // 执行完毕了，发个消息
}

func main() {
    go loop()
    <- complete // 直到线程跑完, 取到消息. main在此阻塞住
}

如果不用信道来阻塞主线的话，主线就会过早跑完，loop线都没有机会执行、、、

其实，无缓冲的信道永远不会存储数据，只负责数据的流通，为什么这么讲呢？

• 从无缓冲信道取数据，必须要有数据流进来才可以，否则当前线阻塞

• 数据流入无缓冲信道, 如果没有其他goroutine来拿走这个数据，那么当前线阻塞

所以，你可以测试下，无论如何，我们测试到的无缓冲信道的大小都是0 (len(channel))

如果信道正有数据在流动，我们还要加入数据，或者信道干涩，我们一直向无数据流入的空信道取数据呢？ 就会引起死锁

死锁

一个死锁的例子:

func main() {
    ch := make(chan int)
    <- ch // 阻塞main goroutine, 信道c被锁
}

执行这个程序你会看到Go报这样的错误:

fatal error: all goroutines are asleep - deadlock!

何谓死锁? 操作系统有讲过的，所有的线程或进程都在等待资源的释放。如上的程序中, 只有一个goroutine, 所以当你向里面加数据或者存数据的话，都会锁死信道， 并且阻塞当前 goroutine, 也就是所有的goroutine(其实就main线一个)都在等待信道的开放(没人拿走数据信道是不会开放的)，也就是死锁咯。

我发现死锁是一个很有意思的话题，这里有几个死锁的例子:

1. 只在单一的goroutine里操作无缓冲信道，一定死锁。比如你只在main函数里操作信道:

   func main() {
       ch := make(chan int)
       ch <- 1 // 1流入信道，堵塞当前线, 没人取走数据信道不会打开
       fmt.Println("This line code wont run") //在此行执行之前Go就会报死锁
   }

2. 如下也是一个死锁的例子:

   var ch1 chan int = make(chan int)
   var ch2 chan int = make(chan int)
   
   func say(s string) {
       fmt.Println(s)
       ch1 <- <- ch2 // ch1 等待 ch2流出的数据
   }
   
   func main() {
       go say("hello")
       <- ch1  // 堵塞主线
   }

   其中主线等ch1中的数据流出，ch1等ch2的数据流出，但是ch2等待数据流入，两个goroutine都在等，也就是死锁。

3. 其实，总结来看，为什么会死锁？非缓冲信道上如果发生了流入无流出，或者流出无流入，也就导致了死锁。或者这样理解 Go启动的所有goroutine里的非缓冲信道一定要一个线里存数据，一个线里取数据，要成对才行 。所以下面的示例一定死锁:

   c, quit := make(chan int), make(chan int)
   
   go func() {
      c <- 1  // c通道的数据没有被其他goroutine读取走，堵塞当前goroutine
      quit <- 0 // quit始终没有办法写入数据
   }()
   
   <- quit // quit 等待数据的写

   仔细分析的话，是由于：主线等待quit信道的数据流出，quit等待数据写入，而func被c通道堵塞，所有goroutine都在等，所以死锁。

   简单来看的话，一共两个线，func线中流入c通道的数据并没有在main线中流出，肯定死锁。

但是，是否果真 所有不成对向信道存取数据的情况都是死锁?

如下是个反例:

func main() {
    c := make(chan int)

    go func() {
       c <- 1
    }()
}

程序正常退出了，很简单，并不是我们那个总结不起作用了，还是因为一个让人很囧的原因，main又没等待其它goroutine，自己先跑完了， 所以没有数据流入c信道，一共执行了一个goroutine, 并且没有发生阻塞，所以没有死锁错误。

那么死锁的解决办法呢？

最简单的，把没取走的数据取走，没放入的数据放入， 因为无缓冲信道不能承载数据，那么就赶紧拿走！

具体来讲，就死锁例子3中的情况，可以这么避免死锁:

c, quit := make(chan int), make(chan int)

go func() {
    c <- 1
    quit <- 0
}()

<- c // 取走c的数据！
<-quit

另一个解决办法是缓冲信道, 即设置c有一个数据的缓冲大小:

c := make(chan int, 1)

这样的话，c可以缓存一个数据。也就是说，放入一个数据，c并不会挂起当前线, 再放一个才会挂起当前线直到第一个数据被其他goroutine取走, 也就是只阻塞在容量一定的时候，不达容量不阻塞。

无缓冲信道的数据进出顺序

我们已经知道，无缓冲信道从不存储数据，流入的数据必须要流出才可以。

观察以下的程序:

var ch chan int = make(chan int)

func foo(id int) { //id: 这个routine的标号
    ch <- id
}

func main() {
    for i := 0; i < 5; i++ {     // 开启5个routine
        go foo(i)
    }
    for i := 0; i < 5; i++ {     // 取出信道中的数据
        fmt.Print(<- ch)
    }
}

我们开了5个goroutine，然后又依次取数据。其实整个的执行过程细分的话，5个线的数据 依次流过信道ch, main打印之, 而宏观上我们看到的即 无缓冲信道的数据是先到先出，但是 无缓冲信道并不存储数据，只负责数据的流通

缓冲信道

终于到了这个话题了, 其实缓存信道用英文来讲更为达意: buffered channel.

缓冲这个词意思是，缓冲信道不仅可以流通数据，还可以缓存数据。它是有容量的，存入一个数据的话 , 可以先放在信道里，不必阻塞当前线而等待该数据取走。

当缓冲信道达到满的状态的时候，就会表现出阻塞了，因为这时再也不能承载更多的数据了，「你们必须把 数据拿走，才可以流入数据」。

在声明一个信道的时候，我们给make以第二个参数来指明它的容量(默认为0，即无缓冲):

var ch chan int = make(chan int, 2) // 写入2个元素都不会阻塞当前goroutine, 存储个数达到2的时候会阻塞

如下的例子，缓冲信道ch可以无缓冲的流入3个元素:

func main() {
    ch := make(chan int, 3)
    ch <- 1
    ch <- 2
    ch <- 3
}

如果你再试图流入一个数据的话，信道ch会阻塞main线, 报死锁。

也就是说，缓冲信道会在满容量的时候加锁。

其实，缓冲信道是先进先出的，我们可以把缓冲信道看作为一个线程安全的队列：

func main() {
    ch := make(chan int, 3)
    ch <- 1
    ch <- 2
    ch <- 3

    fmt.Println(<-ch) // 1
    fmt.Println(<-ch) // 2
    fmt.Println(<-ch) // 3
}

信道数据读取和信道关闭

你也许发现，上面的代码一个一个地去读取信道简直太费事了，Go语言允许我们使用range来读取信道:

func main() {
    ch := make(chan int, 3)
    ch <- 1
    ch <- 2
    ch <- 3

    for v := range ch {
        fmt.Println(v)
    }
}

如果你执行了上面的代码，会报死锁错误的，原因是range不等到信道关闭是不会结束读取的。也就是如果 缓冲信道干涸了，那么range就会阻塞当前goroutine, 所以死锁咯。

那么，我们试着避免这种情况，比较容易想到的是读到信道为空的时候就结束读取:

ch := make(chan int, 3)
ch <- 1
ch <- 2
ch <- 3
for v := range ch {
    fmt.Println(v)
    if len(ch) <= 0 { // 如果现有数据量为0，跳出循环
        break
    }
}

以上的方法是可以正常输出的，但是注意检查信道大小的方法不能在信道存取都在发生的时候用于取出所有数据，这个例子 是因为我们只在ch中存了数据，现在一个一个往外取，信道大小是递减的。

另一个方式是显式地关闭信道:

ch := make(chan int, 3)
ch <- 1
ch <- 2
ch <- 3

// 显式地关闭信道
close(ch)

for v := range ch {
    fmt.Println(v)
}

被关闭的信道会禁止数据流入, 是只读的。我们仍然可以从关闭的信道中取出数据，但是不能再写入数据了。

下面看一个生产者和消费者的例子：

func produce(p chan<- int) {
    for i := 0; i < 10; i++ {
        p <- i
        fmt.Println("send:", i)
    }
}
func consumer(c <-chan int) {
    for i := 0; i < 10; i++ {
        v := <-c
        fmt.Println("receive:", v)
    }
}
func main() {
    ch := make(chan int)
    go produce(ch)
    go consumer(ch)
    time.Sleep(1 * time.Second)
}

在这段代码中，因为channel是没有缓冲的，所以当生产者给channel赋值后，生产者这个线程会阻塞，直到消费者线程将channel中的数据取出。消费者第一次将数据取出后，进行下一次循环时，消费者的线程也会阻塞，因为生产者还没有将数据存入，这时程序会去执行生产者的线程。程序就这样在消费者和生产者两个线程间不断切换，直到循环结束。

下面我们再看一个带缓冲的例子：

func produce(p chan<- int) {
    for i := 0; i < 10; i++ {
        p <- i
        fmt.Println("send:", i)
    }
}
func consumer(c <-chan int) {
    for i := 0; i < 10; i++ {
        v := <-c
        fmt.Println("receive:", v)
    }
}
func main() {
    ch := make(chan int, 10)
    go produce(ch)
    go consumer(ch)
    time.Sleep(1 * time.Second)
}

在这个程序中，缓冲区可以存储10个int类型的整数，在执行生产者线程的时候，线程就不会阻塞，一次性将10个整数存入channel，在读取的时候，也是一次性读取。

等待多gorountine的方案

那好，我们回到最初的一个问题，使用信道堵塞主线，等待开出去的所有goroutine跑完。

这是一个模型，开出很多小goroutine, 它们各自跑各自的，最后跑完了向主线报告。

我们讨论如下2个版本的方案:

1. 只使用单个无缓冲信道阻塞主线

2. 使用容量为goroutines数量的缓冲信道

对于方案1, 示例的代码大概会是这个样子:

var quit chan int // 只开一个信道

func foo(id int) {
    fmt.Println(id)
    quit <- 0 // ok, finished
}

func main() {
    count := 1000
    quit = make(chan int) // 无缓冲

    for i := 0; i < count; i++ {
        go foo(i)
    }

    for i := 0; i < count; i++ {
        <- quit
    }
}

对于方案2, 把信道换成缓冲1000的:

quit = make(chan int, count) // 容量1000

其实区别仅仅在于一个是缓冲的，一个是非缓冲的。

对于这个场景而言，两者都能完成任务, 都是可以的。

• 无缓冲的信道是一批数据一个一个的「流进流出」

• 缓冲信道则是一个一个存储，然后一起流出去

Go语言的并发和并行

不知道你有没有注意到一个现象，还是这段代码，如果我跑在两个goroutines里面的话:

var quit chan int = make(chan int)

func loop() {
    for i := 0; i < 10; i++ {
        fmt.Printf("%d ", i)
    }
    quit <- 0
}


func main() {    // 开两个goroutine跑函数loop, loop函数负责打印10个数 
    go loop()
    go loop()
    for i := 0; i < 2; i++ {
        <- quit
    }
}

我们观察下输出:

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

这是不是有什么问题？?

以前我们用线程去做类似任务的时候，系统的线程会抢占式地输出， 表现出来的是乱序地输出。而goroutine为什么是这样输出的呢？

goroutine是在并行吗？

我们找个例子测试下:

var quit chan int

func foo(id int) {
    fmt.Println(id)
    time.Sleep(time.Second) // 停顿一秒
    quit <- 0 // 发消息：我执行完啦！
}


func main() {
    count := 1000
    quit = make(chan int, count) // 缓冲1000个数据

    for i := 0; i < count; i++ { //开1000个goroutine
        go foo(i)
    }

    for i :=0 ; i < count; i++ { // 等待所有完成消息发送完毕。
        <- quit
    }
}

让我们跑一下这个程序(之所以先编译再运行，是为了让程序跑的尽量快,测试结果更好):

1. go build test.go

2. time ./test

3. ./test 0.01s user 0.01s system 1% cpu 1.016 total

我们看到，总计用时接近一秒。 貌似并行了！

我们需要首先考虑下什么是并发, 什么是并行

并行和并发

从概念上讲，并发和并行是不同的, 简单来说看这个图片(原图来自这里)

• 两个队列，一个Coffee机器，那是并发
• 两个队列，两个Coffee机器，那是并行

那么回到一开始的疑问上，从上面的两个例子执行后的表现来看，多个goroutine跑loop函数会挨个goroutine去进行，而sleep则是一起执行的。这是为什么？

默认地， Go所有的goroutines只能在一个线程里跑 。也就是说， 以上两个代码都不是并行的，但是都是是并发的。

如果当前goroutine不发生阻塞，它是不会让出CPU给其他goroutine的, 所以例子一中的输出会是一个一个goroutine进行的，而sleep函数则阻塞掉了 当前goroutine, 当前goroutine主动让其他goroutine执行, 所以形成了逻辑上的并行, 也就是并发。

真正的并行

为了达到真正的并行，我们需要告诉Go我们允许同时最多使用多个核。

回到起初的例子，我们设置最大开2个原生线程, 我们需要用到runtime包(runtime包是goroutine的调度器):

import (
    "fmt"
    "runtime"
)

var quit chan int = make(chan int)

func loop() {
    for i := 0; i < 100; i++ { //为了观察，跑多些
        fmt.Printf("%d ", i)
    }
    quit <- 0
}

func main() {
    runtime.GOMAXPROCS(2) // 最多使用2个核
    go loop()
    go loop()
    for i := 0; i < 2; i++ {
        <- quit
    }
}

这下会看到两个goroutine会抢占式地输出数据了。

我们还可以这样显式地让出CPU时间：

func loop() {
    for i := 0; i < 10; i++ {
        runtime.Gosched() // 显式地让出CPU时间给其他goroutine
        fmt.Printf("%d ", i)
    }
    quit <- 0
}

func main() {
    go loop()
    go loop()
    for i := 0; i < 2; i++ {
        <- quit
    }
}

观察下结果会看到这样有规律的输出:

0 0 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7 8 8 9 9

其实，这种主动让出CPU时间的方式仍然是在单核里跑。但手工地切换goroutine导致了看上去的“并行”。

一个小问题

我在Segmentfault看到了这个问题: http://segmentfault.com/q/1010000000207474

题目说，如下的程序，按照理解应该打印下5次 "world"呀，可是为什么什么也没有打印

func say(s string) {
    for i := 0; i < 5; i++ {
        fmt.Println(s)
    }
}

func main() {
    go say("world") //开一个新的Goroutines执行
    for {
    }
}

楼下的答案已经很棒了，这里Go仍然在使用单核，for死循环占据了单核CPU所有的资源，而main线和say两个goroutine都在一个线程里面， 所以say没有机会执行。解决方案还是两个：

• 允许Go使用多核(runtime.GOMAXPROCS)

• 手动显式调动(runtime.Gosched)

runtime调度器

runtime调度器是个很神奇的东西，但是我真是但愿它不存在，我希望显式调度能更为自然些，多核处理默认开启。

关于runtime包几个函数:

• Gosched 让出cpu

• NumCPU 返回当前系统的CPU核数量

• GOMAXPROCS 设置最大的可同时使用的CPU核数

• Goexit 退出当前goroutine(但是defer语句会照常执行)

总结

       我们从例子中可以看到，默认的, 所有goroutine会在一个原生线程里跑，也就是只使用了一个CPU核。

在同一个原生线程里，如果当前goroutine不发生阻塞，它是不会让出CPU时间给其他同线程的goroutines的，这是Go运行时对goroutine的调度，我们也可以使用runtime包来手工调度。

本文开头的两个例子都是限制在单核CPU里执行的，所有的goroutines跑在一个线程里面，分析如下:

• 对于代码例子一（loop函数的那个），每个goroutine没有发生堵塞(直到quit流入数据), 所以在quit之前每个goroutine不会主动让出CPU，也就发生了串行打印
• 对于代码例子二（time的那个），每个goroutine在sleep被调用的时候会阻塞，让出CPU, 所以例子二并发执行。

那么关于我们开启多核的时候呢？Go语言对goroutine的调度行为又是怎么样的？

我们可以在Golang官方网站的这里 找到一句话:

When a coroutine blocks, such as by calling a blocking system call, the run-time automatically moves other coroutines on the same operating system thread to a different, runnable thread so they won't be blocked.

也就是说:

当一个goroutine发生阻塞，Go会自动地把与该goroutine处于同一系统线程的其他goroutines转移到另一个系统线程上去，以使这些goroutines不阻塞

开启多核的实验

仍然需要做一个实验，来测试下多核支持下goroutines的对原生线程的分配, 也验证下我们所得到的结论“goroutine不阻塞不放开CPU”。

实验代码如下:

var quit chan int = make(chan int)

func loop(id int) { // id: 该goroutine的标号
    for i := 0; i < 10; i++ { //打印10次该goroutine的标号
        fmt.Printf("%d ", id)
    }
    quit <- 0
}

func main() {
    runtime.GOMAXPROCS(2) // 最多同时使用2个核

    for i := 0; i < 3; i++ { //开三个goroutine
        go loop(i)
    }

    for i := 0; i < 3; i++ {
        <- quit
    }
}

多跑几次会看到类似这些输出(不同机器环境不一样):

1. 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 0 1 0 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 2 2 2 2

2. 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2

3. 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 2 1 2 1 2 2 2 2 2 2 2 2

4. 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 2 0 2 0 2 2 2 2 2 2 2 2

5. 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 2 2

执行它我们会发现以下现象:

• 有时会发生抢占式输出(说明Go开了不止一个原生线程，达到了真正的并行)
• 有时会顺序输出, 打印完0再打印1, 再打印2(说明Go开一个原生线程，单线程上的goroutine不阻塞不松开CPU)

那么，我们还会观察到一个现象，无论是抢占地输出还是顺序的输出，都会有那么两个数字表现出这样的现象:

• 一个数字的所有输出都会在另一个数字的所有输出之前

原因是， 3个goroutine分配到至多2个线程上，就会至少两个goroutine分配到同一个线程里，单线程里的goroutine 不阻塞不放开CPU, 也就发生了顺序输出。

4 runtime包
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")
    }
}

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： 

B.defer
A.defer

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。

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：

• 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。
• 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)
}

程序运行结果： 

1
2
3
4
5
6
7
8
quit

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
}

select有几个重要的点要强调：

1.如果有多个case都可以运行，select会随机公平地选出一个执行，其他不会执行 

func main() {
    ch := make (chan int, 1)

    ch<-1
    select {
    case <-ch:
        fmt.Println("Good luck!")
    case <-ch:
        fmt.Println("Good day!")
    }
}

输出：

（随机）二者其一

2.case后面必须是channel操作，否则报错。

func main() {
    ch := make (chan int, 1)
    ch<-1
    select {
    case <-ch:
        fmt.Println("Good luck!")
    case 2:
        fmt.Println("Good day!")
    }
}

输出报错：

2 evaluated but not used
select case must be receive, send or assign recv

3.select中的default子句总是可运行的。所以没有default的select才会阻塞等待事件 
上代码：

func main() {
    ch := make (chan int, 1)
    // ch<-1   <= 注意这里备注了。
    select {
    case <-ch:
        fmt.Println("Good luck!")
    default:
        fmt.Println("Good day!")
    }
}

输出：

Good day!

4.没有运行的case，那么江湖阻塞事件发生报错(死锁)

func main() {
    ch := make (chan int, 1)
    // ch<-1   <= 注意这里备注了。
    select {
    case <-ch:
        fmt.Println("Good luck!")
    }
}

输出报错：

fatal error: all goroutines are asleep - deadlock!

select的应用场景

1.timeout 机制(超时判断)

func main() {
    timeout := make (chan bool, 1)
    go func() {
        time.Sleep(1*time.Second) // 休眠1s，如果超过1s还没I操作则认为超时，通知select已经超时啦～
        timeout <- true
    }()
    ch := make (chan int)
    select {
    case <- ch:
    case <- timeout:
        fmt.Println("超时啦!")
    }
}

以上是入门版，通常代码中是这么写的：

func main() {
    ch := make (chan int)
    select {
    case <-ch:
    case <-time.After(time.Second * 1): // 利用time来实现，After代表多少时间后执行输出东西
        fmt.Println("超时啦!")
    }
}

2.判断channel是否阻塞(或者说channel是否已经满了)

func main() {
    ch := make (chan int, 1)  // 注意这里给的容量是1
    ch <- 1
    select {
    case ch <- 2:
    default:
        fmt.Println("通道channel已经满啦，塞不下东西了!")
    }
}

3.退出机制

func main() {
    i := 0
    ch := make(chan string, 0)
    defer func() {
        close(ch)
    }()

    go func() {
        DONE: 
        for {
            time.Sleep(1*time.Second)
            fmt.Println(time.Now().Unix())
            i++

            select {
            case m := <-ch:
                println(m)
                break DONE // 跳出 select 和 for 循环
            default:
            }
        }
    }()

    time.Sleep(time.Second * 4)
    ch<-"stop"
}

输出：

1532390471
1532390472
1532390473
stop
1532390474

这边要强调一点：退出循环一定要用break + 具体的标记，或者goto也可以。否则其实不是真的退出。

func main() {
    i := 0
    ch := make(chan string, 0)
    defer func() {
        close(ch)
    }()

    go func() {

        for {
            time.Sleep(1*time.Second)
            fmt.Println(time.Now().Unix())
            i++

            select {
            case m := <-ch:
                println(m)
                goto DONE // 跳出 select 和 for 循环
            default:
            }
        }
        DONE:
    }()

    time.Sleep(time.Second * 4)
    ch<-"stop"
}

输出:

1532390525
1532390526
1532390527
1532390528
stop

9.select死锁
select不注意也会发生死锁，前文有提到一个，这里分几种情况，重点再次强调：

1.如果没有数据需要发送，select中又存在接收通道数据的语句，那么将发送死锁

func main() {  
    ch := make(chan string)
    select {
    case <-ch:
    }
}

预防的话加default。

空select，也会引起死锁

package main

func main() {  
    select {}
}

 

goroutine 编程相关的库

1 尽可能避免使用 runtime 库的函数和方法

尽管你可以使用以下函数，但不建议你使用。

GOMAXPROCS 设置 M 数量，除非你打算写 coroutine
Goexit 退出当前 goroutine, 用 close(c) 或 select 通知 goroutine 退出
GoroutineProfile 除非 debug
Gosched 放弃 yield 当前的 M ， 用 time.sleep(1) 更稳健
NumGoroutine 当前 goroutine 数量
LockOSThread/UnLockOSThread 强制 goroutine 独占 M 直到 Unlock， 除非你打算做客户化函数的调度
2 最常用的类型与库

channel 类型与通讯：

读、写 channel，阻塞 goroutine
select case，或 select case default 读多个 channel 阻塞 goroutine （见 gotour concurrency）
close channel
消息（数据）驱动编程！
time 库

sleep() : Sleep pauses the current goroutine。这是最重要的语句，要及时让 runtime 调度 goroutine
Tick(d Duration): 定周期产生时间消息
After(d Duration)： 定时产生消息
Timer： 类型

func main() {
    tick := time.Tick(100 * time.Millisecond)
    boom := time.After(500 * time.Millisecond)
    for {
        select {
        case t := <-tick:
            fmt.Println("tick.", t)
        case t := <-boom:
            fmt.Println("BOOM!")
            return
//      default:
//          fmt.Println("    .")
//          time.Sleep(50 * time.Millisecond)
        }
    }
}

加 default 和 不加 default 的区别？…

时间事件是 goroutine 的最重要事件源之一！

sync 库 
Mutex ：互斥量。
WaitGroup：信号量
Cond：带锁的通知量
Once 确保函数线程安全地仅只执行一次。（做单实例的神器）
3 集合类型都不是线程安全的

slice
map

利用sync.WaitGroup实现协程同步

      使用sync.WaitGroup。WaitGroup顾名思义，就是用来等待一组操作完成的。WaitGroup内部实现了一个计数器，用来记录未完成的操作个数，它提供了三个方法，Add()用来添加计数。Done()用来在操作结束时调用，使计数减一。Wait()用来等待所有的操作结束，即计数变为0，该函数会在计数不为0时等待，在计数为0时立即返回。
 

package main

import (
    "fmt"
    "sync"
)

func main() {

    var wg sync.WaitGroup

    wg.Add(2) // 因为有两个动作，所以增加2个计数
    go func() {
        fmt.Println("Goroutine 1")
        wg.Done() // 操作完成，减少一个计数
    }()

    go func() {
        fmt.Println("Goroutine 2")
        wg.Done() // 操作完成，减少一个计数
    }()

    wg.Wait() // 等待，直到计数为0
}