使用 Golang Goroutines 并发编程

大家好！在这篇文章中，我们将介绍如何在基于 Go 语言的项目中使用goroutines，以及如何提升项目运行时的性能。

视频教程

https://youtu.be/ARHXmR0_MGY

简介

如今，Go 是一种性能优良的程序设计语言，它拥有大量优秀的特性用于支持构建高性能的应用程序。它通过特有的goroutines和channels，重新定义了什么是构建高并发的项目。

使用goroutines可以快速地将串行的程序重构为并发程序，而不需要关心创建线程或线程池这种问题。但是，和所有的并发编程一样，这引入了一些危险，你必须在所有函数调用前敲go关键字时要考虑到。

什么是 Goroutines ？

首先，什么是 Goroutines ？Goroutines是一种由 Go 运行时系统管理的“极轻量级线程”。使用 Goroutines 可以创建异步并行的项目，执行这些并行任务要比执行对应的串行任务快很多。

Goroutines 通常在初始化时仅需要分配 2KB 的栈空间，而线程通常需要占用 1MB。因此，Goroutines 远比线程要更轻量级。

Goroutines 通常被极少量的 OS 线程所复用，这意味着并发的 Go 项目与其他语言如 Java 等提供相同水平的性能时，需要更少的资源。创建一千个 Goroutines 通常至多需要一到两个 OS 线程；而在 Java 中，则需要创建一千个完成的线程，每个线程占用至少 1MB 的堆空间。

通过将成百上千个 Goroutines 映射到单个线程上，我们不必担心在应用程序中创建和销毁线程带来的性能上的影响。而创建或销毁 Goroutines 的开销极小，得益于它们轻量，以及 Go 处理这个过程的方式很高效。

一个简单的串行程序

在这个演示项目中，我们创建了一个方法，它接收一个 int 类型的参数 value，并在控制台中从 0 到 value 依次打印数字。此外，还加入一个 sleep 方法，以使在打印下一个数字前等待一秒钟：

package main


import (
    "fmt"
    "time"
)


// a very simple function that we'll
// make asynchronous later on
func compute(value int) {
    for i := 0; i < value; i++ {
        time.Sleep(time.Second)
        fmt.Println(i)
    }
}

func main() {
    fmt.Println("Goroutine Tutorial")

    // sequential execution of our compute function
    compute(10)
    compute(10)

    // we scan fmt for input and print that to our console
    var input string
    fmt.Scanln(&input)

}

如果执行上面的代码，你会发现它从 0 到 9 每行依次打印一个数字，并且打印了两次。这个串行程序的总执行时间超过 20 秒。第 28 行添加 fmt.Scanln() 是为了在主函数不会在 Goroutines 执行之前结束。

改写为异步程序

如果我们不必关心程序中打印 0 到 n 的顺序，那么我们可以通过使用 Goroutines 加快这个程序，使其成为一个异步程序。

package main


import (
    "fmt"
    "time"
)

// notice we've not changed anything in this function
// when compared to our previous sequential program
func compute(value int) {
    for i := 0; i < value; i++ {
        time.Sleep(time.Second)
        fmt.Println(i)
    }
}

func main() {
    fmt.Println("Goroutine Tutorial")

    // notice how we've added the 'go' keyword
    // in front of both our compute function calls
    Go compute(10)
    Go compute(10)
}

我们只需要在串行程序的函数调用前添加go关键字即可得到异步程序。在这里，我们创建了两个独立且并行执行的 Goroutines 。

但是，当你尝试运行这个程序时会发现，它在完整打印出我们预期的输出前就结束了。

为什么？

这是因为在异步函数执行完成之前，主函数执行完成了，因此所有未完成的 Goroutines 都会立即终止。

为了解决这个问题，我们可以加入一行 fmt.Scanln() ，这样程序就会在杀死 Goroutines 前，等待键盘输入：

package main


import (
    "fmt"
    "time"
)

// notice we've not changed anything in this function
// when compared to our previous sequential program
func compute(value int) {
    for i := 0; i < value; i++ {
        time.Sleep(time.Second)
        fmt.Println(i)
    }
}

func main() {
    fmt.Println("Goroutine Tutorial")

    // notice how we've added the 'go' keyword
    // in front of both our compute function calls
    Go compute(10)
    Go compute(10)

    var input string
    fmt.Scanln(&input)
}

在终端中执行这个程序，可以看到控制台中打印了 0,0,1,1,2,2... 直到 ..9,9。如果对这个程序的执行计时会发现，接近 10 秒的时间就执行完了。

匿名 Goroutine 函数

在之前的例子中，我们关注如何通过go关键字创建一个命名的并发函数。同样，我们可以通过go关键字构建匿名并发函数：

package main

import "fmt"

func main() {
    // we make our anonymous function concurrent using `go`
    Go func() {
        fmt.Println("Executing my Concurrent anonymouse function")
    }()

    fmt.Scanln()
}

结论

在这篇文章中，我们学习了如何使用 Go 开发并发应用程序。我们研究了什么是 Goroutines, 以及如何使用它们加速系统的各个部分并创建性能良好的应用程序。

希望这篇文章对你有用，欢迎在下方评论！

延伸阅读

• Go sync.WaitGroup Tutorial
• Go Mutex Tutorial
• Go Channels Tutorial