Go-并发和并行-协程-信道-缓冲信道-select-mutex-读写文件

并发

　　Go 是并发式语言，而不是并行式语言。在讨论 Go 如何处理并发之前，我们必须理解何为并发，以及并发与并行的区别。

并发是什么？

　　并发是指立即处理多个任务的能力。一个CPU的情况下<意指看上去像是同时运行，其中有io的阻塞态等待的时间慢而已。

例子1：

我们可以想象一个人正在跑步。假如在他晨跑时，鞋带突然松了。于是他停下来，系一下鞋带，接下来继续跑。这个例子就是典型的并发。这个人能够一下搞定跑步和系鞋带两件事，即立即处理多个任务。

例子2：

       顺序执行：你吃饭吃到一半，电话来了，你一直到吃完了以后才去接，这就说明你不支持并发也不支持并行。
       并发：你吃饭吃到一半，电话来了，你停了下来接了电话，接完后继续吃饭，这说明你支持并发。
       并行：你吃饭吃到一半，电话来了，你一边打电话一边吃饭，这说明你支持并

理解：

解释一：并行是指两个或者多个事件在同一时刻发生；而并发是指两个或多个事件在同一时间间隔发生。
解释二：并行是在不同实体上的多个事件，并发是在同一实体上的多个事件。
解释三：在一台处理器上“同时”处理多个任务，在多台处理器上同时处理多个任务。如hadoop分布式集群

并行是什么？并行和并发有何区别？

　　并行是指同时处理多个任务。这听起来和并发差不多，但其实完全不同。

我们同样用这个跑步的例子来帮助理解。假如这个人在慢跑时，还在用他的 iPod 听着音乐。在这里，他是在跑步的同时听音乐，也就是同时处理多个任务。这称之为并行。

Go 对并发的支持

　　Go 编程语言原生支持并发。Go 使用 Go 协程（Goroutine） 和信道（Channel）来处理并发。在接下来的教程里，我们还会详细介绍它们。

Go 协程是什么？

　　Go 协程是与其他函数或方法一起并发运行的函数或方法。Go 协程可以看作是轻量级线程。与线程相比，创建一个 Go 协程的成本很小。因此在 Go 应用中，常常会看到有数以千计的 Go 协程并发地运行。

Go 协程相比于线程的优势

• 相比线程而言，Go 协程的成本极低。堆栈大小只有若干 kb，并且可以根据应用的需求进行增减。而线程必须指定堆栈的大小，其堆栈是固定不变的。
• Go 协程会复用（Multiplex）数量更少的 OS 线程。即使程序有数以千计的 Go 协程，也可能只有一个线程。如果该线程中的某一 Go 协程发生了阻塞（比如说等待用户输入），那么系统会再创建一个 OS 线程，并把其余 Go 协程都移动到这个新的 OS 线程。所有这一切都在运行时进行，作为程序员，我们没有直接面临这些复杂的细节，而是有一个简洁的 API 来处理并发。
• Go 协程使用信道（Channel）来进行通信。信道用于防止多个协程访问共享内存时发生竞态条件（Race Condition）。信道可以看作是 Go 协程之间通信的管道。我们会在下一教程详细讨论信道。

如何启动一个 Go 协程？

　　调用函数或者方法时，在前面加上关键字 go，可以让一个新的 Go 协程并发地运行。

例子：

package main

import (
    "fmt"
    "time"
)
// go协程
func index()  {
    fmt.Println("hello world")
}
func main()  {
    go index()
    go index()
    go index()
    go index()
    fmt.Println("")
    time.Sleep(time.Second*3)

}

　　协程的书写直接在函数前加关键字“go”即可开启协程，运行是从上至下，遇到io阻塞态时等待自行的切换处理。各个协程之间做数据的通信，开多个协程就是这么简单的实现。

 time模块的时间传参，点击second查看源码：

总结：

• 启动一个新的协程时，协程的调用会立即返回。与函数不同，程序控制不会去等待 Go 协程执行完毕。在调用 Go 协程之后，程序控制会立即返回到代码的下一行，忽略该协程的任何返回值。
• 如果希望运行其他 Go 协程，Go 主协程必须继续运行着。如果 Go 主协程终止，则程序终止，于是其他 Go 协程也不会继续运行。

 信道（channel）

什么是信道？

　　信道可以想像成 Go 协程之间通信的管道。如同管道中的水会从一端流到另一端，通过使用信道，数据也可以从一端发送，在另一端接收。

信道的声明

　　所有信道都关联了一个类型。信道只能运输这种类型的数据，而运输其他类型的数据都是非法的。

chan T 表示 T 类型的信道。信道是一个值类型，可以作为参数传递。

信道的零值为 nil。信道的零值没有什么用，应该像对 map 和切片所做的那样，用 make 来定义信道。

下面编写代码，声明一个信道。

package main

import (
    "fmt"
    "time"
)

//信道、管道 通道  channel
//
func main() {
//    //信道也是个变量
//    //信道运输的类型是int类型
//    //空值 是nil   引用类型
//    var a  chan int
//    fmt.Println(a)
//    //初始化
    var a chan int =make(chan int)
    fmt.Println(a)
//    //重点 ：放值和取值
//    //箭头向信道变量，就是往信道中放值
    a <-1
//    //箭头向外，表示从信道中取值
    <-a
//    //信道默认情况下，取值和赋值都是阻塞的   ******重要****
//
}

简短声明通常也是一种定义信道的简洁有效的方法。

a := make(chan int)

这一行代码同样定义了一个 int 类型的信道 a，类型可以是其他数据结构bool string int...

通过信道进行发送和接收

　　如下所示，该语法通过信道发送和接收数据。

data := <- a // 读取信道 a  
a <- data // 写入信道 a

信道旁的箭头方向指定了是发送数据还是接收数据。

在第一行，箭头对于 a 来说是向外指的，因此我们读取了信道 a 的值，并把该值存储到变量 data。

在第二行，箭头指向了 a，因此我们在把数据写入信道 a。

package main

import (
    "fmt"
    "time"
)
// 信道,管道，通道 channel
func main()  {
    // 定义信道
    // 信道也是个变量
    // 控制nil 引用的类型时int
    //var a chan int
    //fmt.Println(a)

    // 初始化
    var a chan int =make(chan int )
    fmt.Println(a)
    // 重点：放值和取值
    // 箭头向通道变量 就是往信道中值
    a<-1 // 阻塞态 不在往下运行 等待取值
    // 箭头向外，表示信道中取值

    b:=<-a

    fmt.Println(b)
    time.Sleep(time.Second*1)
    //信道默认情况下，取值和赋值都是阻塞的   ******重要****
}

信道默认情况下，取值和赋值都是阻塞的，存和取都需要通过信道之间的通信进行传递参数，不然会造成死锁现象。

发送与接收默认是阻塞的

　　发送与接收默认是阻塞的。这是什么意思？当把数据发送到信道时，程序控制会在发送数据的语句处发生阻塞，直到有其它 Go 协程从信道读取到数据，才会解除阻塞。与此类似，当读取信道的数据时，如果没有其它的协程把数据写入到这个信道，那么读取过程就会一直阻塞着。

信道的这种特性能够帮助 Go 协程之间进行高效的通信，不需要用到其他编程语言常见的显式锁或条件变量。

信道的代码示例

　　接下来写点代码，看看协程之间通过信道是怎么通信的吧。

package main

import (
    "fmt"
    "time"
)
// go协程 信道之间的通信传递
func index1(a chan bool)  {
    fmt.Println("hello go")
    // 一旦执行完毕，往信道中存放一个值
    time.Sleep(time.Second*3)
    a<-true
    fmt.Println("Just do IT")
}
func main()  {
    // 必须初始化
    var a chan bool = make(chan bool)
    go index1(a)
    // 从信道中取值
    <-a
    //b:=<-a
    //fmt.Println(b)
    time.Sleep(time.Second*3)
}

加入time.sleep模拟IO阻塞态，来更好的理解go协程中使用信道通信的传递。

 信道的代码示例：

　　我们再编写一个程序来更好地理解信道。该程序会计算一个数中每一位的平方和与立方和，然后把平方和与立方和相加并打印出来。

例如，如果输出是 123，该程序会如下计算输出：

squares = (1 * 1) + (2 * 2) + (3 * 3) 
cubes = (1 * 1 * 1) + (2 * 2 * 2) + (3 * 3 * 3) 
output = squares + cubes = 50

我们会这样去构建程序：在一个单独的 Go 协程计算平方和，而在另一个协程计算立方和，最后在 Go 主协程把平方和与立方和相加。

package main

import "fmt"

// 例子

//number =456
func calcSquares(number int, squareop chan int) {
    sum := 0
    for number != 0 {
        digit := number % 10
        sum += digit * digit
        number /= 10
    }
    squareop <- sum
}
func calcCubes(number int, a chan int) {
    sum := 0
    for number != 0 {
        digit := number % 10
        sum += digit * digit*digit
        number /= 10
    }
    a <- sum
}
func main() {
    //运输平方和
    var a chan int=make(chan int)
    //运输立方和
    var b chan int=make(chan int)
    number:=123
//开启两个go协程
    go calcSquares(number,a)
    go calcCubes(number,b)
    sum1:=<-a
    sum2:=<-b
    // 开两个协程分别进行，最后计算总和即可，速度很快
    fmt.Println(sum1+sum2)
}

协程分任务执行，速度很快。

 

 死锁

　　使用信道需要考虑的一个重要的是死锁，当GO协程给一个信道发送数据时，照理说会有其他G协程来接收数据，

如果没有的话，程序会在运行时触发panic,形成死锁现象。

同理，当有 Go 协程等着从一个信道接收数据时，我们期望其他的 Go 协程会向该信道写入数据，要不然程序就会触发 panic。

package main

func main() {  
    ch := make(chan int)
    ch <- 5
}

没有接收信道的值会报错：

单向信道

　　我们目前讨论的信道都是双向信道，即通过信道既能发送数据，又能接收数据。其实也可以创建单向信道，这种信道只能发送或者接收数据。

package main

import "fmt"
//单向信道 只能放或者只能取
func sendData(sendch chan<- int) {
    sendch <- 10

}
func main() {
    // 只写信道
    sendch := make(chan int)
    go sendData(sendch)
    fmt.Println(<-sendch)
}

...>>> 10

关闭信道和使用 for range 遍历信道

　　数据发送方可以关闭信道，通知接收方这个信道不再有数据发送过来

　　当从信道接收数据时，接收方可以多用一个变量来检查信道是否已经关闭。

v, ok := <- ch

　　上面的语句里，如果成功接收信道所发送的数据，那么 ok 等于 true。而如果 ok 等于 false，说明我们试图读取一个关闭的通道。从关闭的信道读取到的值会是该信道类型的零值。例如，当信道是一个 int 类型的信道时，那么从关闭的信道读取的值将会是 0。

package main

import "fmt"

//关闭信道和使用 for range 遍历信道

func producer(chnl chan int) {
    for i := 0; i < 10; i++ {
        chnl <- i
    }
    close(chnl)
}
func main() {
    ch := make(chan int)
    go producer(ch)
    for {
        v, ok := <-ch

        // 如果信道关闭，ok就是false
        //如果没关闭，就是true
        if ok == false {
            break
        }
        fmt.Println("Received ", v, ok)
    }
}

 　　主函数用的是for循环，会打印出0-9，然后关闭通道，使用变量 ok，检查信道是否已经关闭。如果 ok 等于 false，说明信道已经关闭，于是退出 for 循环。如果 ok 等于 true，会打印出接收到的值和 ok 的值。

 用range来循环读取数据，range会自动判断，取完值后直接关闭，比for更好一些

package main

import (  
    "fmt"
)

func producer(chnl chan int) {  
    for i := 0; i < 10; i++ {
        chnl <- i
    }
    close(chnl)
}
func main() {  
    ch := make(chan int)
    go producer(ch)
    for v := range ch {
        fmt.Println("Received ",v)
    }
}

for range 循环从信道 ch 接收数据，直到该信道关闭。一旦关闭了 ch，循环会自动结束。该程序会输出：

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

用for-range优化上述计算平和的例子：

package main

import "fmt"

//优化例子
//number=456
func digits(number int, dchnl chan int) {
for number != 0 {
digit := number % 10
dchnl <- digit
number /= 10
}
close(dchnl)
}
func calcSquares1(number int, squareop chan int) {
sum := 0
dch := make(chan int)
go digits(number, dch)
for digit := range dch {
sum += digit * digit
}
squareop <- sum
}

func calcCubes1(number int, cubeop chan int) {
sum := 0
dch := make(chan int)
go digits(number, dch)
for digit := range dch {
sum += digit * digit * digit
}
cubeop <- sum
}

func main() {
number := 123
sqrch := make(chan int)
cubech := make(chan int)
go calcSquares1(number, sqrch)
go calcCubes1(number, cubech)
squares:= <-sqrch
cubes :=<-cubech
fmt.Println("Final output", squares+cubes)
}