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:
package main import "fmt" import "time" 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):
go build test.go time ./test ./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
更多的资料： 并发不是并行, 当然Google上有更多关于并行和并发的区别。
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”。
其实作为一个Python程序员，goroutine让我更多地想到的是gevent的协程，而不是原生线程。
关于runtime包对goroutine的调度，在stackoverflow上有一个不错的答案:http://stackoverflow.com/questions/13107958/what-exactly-does-runtime-gosched-do
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
package main import ( "fmt" ) 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:
package main import ( "fmt" "runtime" ) 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):
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 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 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 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 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。
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