Go语言学习之8 goroutine详解、定时器与单元测试

主要内容：

1.Goroutine
2. Chanel
3. 单元测试

1. Goroutine

Go 协程（Goroutine）(轻量级的线程，开线程没有数量限制)。
   （1）进程和线程
　　A. 进程是程序在操作系统中的一次执行过程，系统进行资源分配和调度的一个独立单位。
　　B. 线程是进程的一个执行实体,是CPU调度和分派的基本单位,它是比进程更小的能独立运行的基本单位。
　　C. 一个进程可以创建和撤销多个线程；同一个进程中的多个线程之间可以并发执行。

例如：ngix是多进程的单线程程序

内核线程、轻量级进程、用户线程三种线程概念详见：https://blog.csdn.net/gatieme/article/details/51481863

  （2）并发和并行

A. 并发是指立即处理多个任务的能力。多线程程序在一个核的cpu上运行（线程之间通过CPU轮询来执行），就是并发。go多线程的切换都是在用户态操作的，不像其他语言先切换到内核态，完成线程切换，然后返回用户态继续执行程序。
        B. 并行是指同时处理多个任务。多线程程序在多个核的cpu上运行，就是并行。
        例如：假如有一个 web 浏览器。这个 web 浏览器有各种组件。其中两个分别是 web 页面的渲染区和从网上下载文件的下载器。假设各个组件也都可以相互独立地运行。当浏览器在单核处理器中运行时，处理器会在浏览器的两个组件间进行上下文切换。它可能在一段时间内下载文件，转而又对用户请求的 web 页面进行渲染。这就是并发。并发的进程从不同的时间点开始，分别交替运行。在这里，就是在不同的时间点开始进行下载和渲染，并相互交替运行的。
       如果该浏览器在一个多核处理器上运行，此时下载文件的组件和渲染 HTML 的组件可能会在不同的核上同时运行。这称之为并行。

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。

注意：并行不一定会加快运行速度，因为并行运行的组件之间可能需要相互通信。在我们浏览器的例子里，当文件下载完成后，应当对用户进行提醒，比如弹出一个窗口。于是，在负责下载的组件和负责渲染用户界面的组件之间，就产生了通信。在并发系统上，这种通信开销很小。但在多核的并行系统上，组件间的通信开销就很高了。所以，并行不一定会加快运行速度！

补充：用户线程指的是完全建立在用户空间的线程库，用户线程的建立，同步，销毁，调度完全在用户空间完成，不需要内核的帮助。因此这种线程的操作是极其快速的且低消耗的。

    （3）协程和线程
　　 协程：独立的栈空间，共享堆空间，调度由用户自己控制，本质上有点类似于用户级线程，这些用户级线程的调度也是自己实现的。
　　 线程：一个线程上可以跑多个协程，协程是轻量量级的线程。一个线程可以跑多个Goroutine。

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.

      GO语言Goroutine与线程的区别：https://baijiahao.baidu.com/s?id=1620972759226100794&wfr=spider&for=pc

    （4）goroutine调度模型

M 代表内核级线程，一个M就是一个线程，goroutine就是跑在M之上的。
        P 全称是Processor，处理器，它的主要用途就是用来执行goroutine的，所以它也维护了一个goroutine队列，里面存储了所有需要它来执行的goroutine。
        G 就是goroutine实现的核心结构了，G维护了goroutine需要的栈、程序计数器以及它所在的M等信息。
        Sched 结构就是调度器，它维护有存储M和G的队列以及调度器的一些状态信息等。

如果有IO操作时，会新起一个线程等待IO操作的Goroutine

Go scheduler： https://www.jianshu.com/p/1911b1229a44
       解释Goroutine浅显易懂：https://www.jianshu.com/p/7ebf732b6e1f
       Go语言 Goroutine 浅析：http://baijiahao.baidu.com/s?id=1587634508058779877&wfr=spider&for=pc
       Goroutine并发调度模型深度解析之手撸一个协程池：
       https://www.jianshu.com/p/fa6d82934cb8?utm_campaign=maleskine&utm_content=note&utm_medium=seo_notes&utm_source=recommendation

启动一个go协程？

 package main 

 import "fmt"

 func test_go() {
     fmt.Println("hello world")
 }

 func main() {
     go test_go()
     fmt.Println("main func finished")
 }

启动一个go协程

执行结果：

分析：发现起的go协程go test_go()并没有生效，只打印出 hello world，这是由于，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。下面使用sleep使主线程处于睡眠之中等待go协程执行结束（实际中该方法不靠谱）。后面会介绍靠谱的方法。

 package main 

 import (
     "fmt"
     "time"
 )
 func test_go() {
     fmt.Println("hello world")
 }

 func main() {
     go test_go()
     time.Sleep(time.Second)
     fmt.Println("main func finished")
 }

sleep阻塞主线程等待go协程执行结束

执行结果：

启动多个go协程？

 package main

 import (
     "fmt"
     "time"
 )

 func numbers() {
     for i := ; i <= ; i++ {
         time.Sleep( * time.Millisecond)
         fmt.Printf("%d ", i)
     }
 }
 func alphabets() {
     for i := 'a'; i <= 'e'; i++ {
         time.Sleep( * time.Millisecond)
         fmt.Printf("%c ", i)
     }
 }
 func main() {
     go numbers()
     go alphabets()
     time.Sleep( * time.Millisecond)
     fmt.Printf("\nmain terminated")
 }

启动多个go协程

读者可以自行分析该程序的时间片打印输出。

    （5）如何设置golang运行的cpu核数
         1.5之前go需要手动设置程序执行的内核数，1.5之后go自动设置

 package main

 import (
     "fmt"
     "runtime"
 )

 func main() {
     num := runtime.NumCPU()  //查看有几个内核
     fmt.Printf("cpu num:%d\n", num)
     runtime.GOMAXPROCS()    //设置有程序用几个内核执行
 }

获取CPU核数并设置执行程序的核数

    （6）不同goroutine之间进行通讯

        A：全局变量和锁同步

 package main

 import (
     "fmt"
     "sync"
     "time"
 )

 var (
     m    = make(map[int]uint64)
     lock sync.Mutex
 )

 type task struct {
     n int
 }

 func calc(t *task) {
     var sum uint64
     sum =
     for i := ; i < t.n; i++ {
         sum *= uint64(i)
     }

     fmt.Println(t.n, sum)
     lock.Lock()  //加锁，不然多个协程修改全局变量会存在竞争
     m[t.n] = sum
     lock.Unlock()
 }

 func main() {
     for i := ; i < ; i++ {
         t := &task{n: i}
         go calc(t)
     }

     time.Sleep( * time.Second)
     lock.Lock()
     for k, v := range m {
         fmt.Printf("%d! = %v\n", k, v)
     }
     lock.Unlock()
 }

全局变量和锁同步

B：Channel

 package main

 import (
     "fmt"
     "time"
 )

 func write(ch chan int) {
     for i := ; i < ; i++ {
         ch <- i
         fmt.Println("put data:", i)
     }
 }

 func read(ch chan int) {
     for {
         var b int
         b = <-ch
         fmt.Println(b)
         time.Sleep(time.Second)
     }
 }

 func main() {
     intChan := make(chan int, )
     go write(intChan)
     go read(intChan)

     time.Sleep( * time.Second)
 }

channel write and read

    （7）goroutine中使用recover

        如果某个goroutine出现panic，为了不使程序崩溃挂掉，可以在该goroutine中使用recover（类似于python中的try……except）捕获该panic。

 package main

 import (
     "fmt"
     "time"
 )

 func test() {
     defer func() { //defer必须放置在最前面，才能捕获后面所有的panic，程序退出时执行defer
         err := recover() //捕获goroutine错误
         if err != nil {
             fmt.Println(err)
         }
     }()

     var p *int
     *p =  //panic
 }

 func main() {
     go test()
     time.Sleep(time.Second)
     fmt.Println("main progress exit")
 }

example

 package main

 import (
     "fmt"
     "runtime"
     "time"
 )

 func test() {

     defer func() {
         if err := recover(); err != nil {  //处理panic，calc依然可以正常执行
             fmt.Println("panic:", err)
         }
     }()

     var m map[string]int  //panic: assignment to entry in nil map
     m["stu"] =
 }

 func calc() {
     for {
         fmt.Println("i'm calc")
         time.Sleep(time.Second)
     }
 }

 func main() {
     num := runtime.NumCPU()
     runtime.GOMAXPROCS(num - )
     go test()
     for i := ; i < ; i++ {
         go calc()
     }

     time.Sleep(time.Second * )
 }

recover示例2

2. 信道（Channel）

Channel 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。

    （1）channel概念

• 类似unix中管道（pipe）
• 先进先出
• 线程安全，多个goroutine同时访问，不需要加锁
• channel是有类型的， 一个整数的channel只能存放整数

    （2） channel声明 

var 变量名 chan 类型，例如：
var test chan int
var test chan string
var test chan map[string]string
var test chan stu   //stu是一个结构体

注意：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。

 package main 

 import "fmt"

 func main() {
     var ch chan int
     // ch = make(chan int, 1)
     ch<-
     var num int
     num = <-ch
     fmt.Println(num)
 }

声明未初始化信道

运行结果：出现死锁

    （3）channel初始化

使用make进行初始化，例如：
var test chan int
test = make(chan int, )
var test chan string
test = make(chan string, )

上面的程序声明了信道但是未初始化，去掉上面程序的注释初始化信道，执行结果：输出1
     注意：chan T 表示 T 类型的信道。
                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。
     例如：

 package main

 import "fmt"

 func main() {
     var ch chan int
     if ch == nil {
         fmt.Println("channel a is nil, going to define it")
         ch = make(chan int)
         fmt.Printf("Type of a is %T", ch)
     }
 }

信道的声明

快速声明一个信道：

ch := make(chan int)

    （4）channel基本操作

       信道旁的箭头方向指定了是发送数据还是接收数据

• 从channel读取数据:

var testChan chan int
          testChan = make(chan int, 10)
          var a int
          a = <- testChan  //箭头对于 testChan 来说是向外指的，因此我们读取了信道 testChan 的值，并把该值存储到变量 a 中。

• 从channel写 入数据:

var testChan chan int
          testChan = make(chan int, 10)
          var a int = 10
          testChan <- a   //箭头指向了 testChan，因此我们在把数据写入信道 testChan。
    （5）带缓冲区的channel

对于无缓冲信道的发送和接收过程是阻塞的。而对于有缓冲信道，只在缓冲已满的情况，才会阻塞向缓冲信道（Buffered Channel）发送数据。同样，只有在缓冲为空的时候，才会阻塞从缓冲信道接收数据。

ch := make(chan type, capacity)
有缓冲信道：capacity 应该大于
无缓冲信道：capacity为0，或者不设置capacity则容量默认也为 

• testChan只能放 一个元素：

　　　var testChan chan int
　　　testChan = make(chan int)
　　　var a int
　　　a = <- testChan

• testChan是带缓冲区的chan， 一次可以放10个元素:

　　   var testChan chan int
　　   testChan = make(chan int, 10)
　　   var a int = 10
　　   testChan <- a

 package main

 import (
     "fmt"
 )

 func main() {
     chStr := make(chan string, )
     chStr <- "zhangsan"
     chStr <- "lisi"
     fmt.Println(<-chStr)
     fmt.Println(<-chStr)

     chInt := make(chan int, )
     chInt <-
     chInt <-
     fmt.Println(<-chInt)
     fmt.Println(<-chInt)
 }

带缓冲区的channel

 package main

 import (
     "fmt"
     "time"
 )

 func write(ch chan int) {
     for i := ; i < ; i++ {
         ch <- i //当存入第三个数时会阻塞住，直到信道ch里面有数据被取走
         fmt.Printf("Write %d to ch\n", i)
     }
     close(ch) //关闭信道ch
 }
 func main() {
     ch := make(chan int, ) //信道一次最多存入两个数
     go write(ch)
     time.Sleep( * time.Second) //等待
     for v := range ch {
         fmt.Printf("read value %d from ch\n", v)
         time.Sleep(time.Second)

     }
 }

 // 执行结果：
 // Write 0 to ch
 // Write 1 to ch  //先往信道里面写入两个数，阻塞
 // read value 0 from ch //取走一个
 // Write 2 to ch  //立即往信道写入一个数
 // read value 1 from ch
 // Write 3 to ch
 // read value 2 from ch
 // Write 4 to ch
 // read value 3 from ch
 // read value 4 from ch

带缓冲区的chennel2

 package main

 import "fmt"

 type student struct {
     name string
 }

 func main() {

     var stuChan chan interface{}
     stuChan = make(chan interface{}, )

     stu := student{name: "stu01"}

     stuChan <- &stu

     var stu01 interface{}
     stu01 = <-stuChan

     var stu02 *student
     stu02, ok := stu01.(*student) //stu01转为*student类型
     if !ok {
         fmt.Println("can not convert")
         return
     }

     fmt.Println(stu02)
 }

example

 package main

 import (
     "fmt"
     "sync"
     "time"
 )

 var wg sync.WaitGroup

 func consumer(goods chan string) {
     for i := ; i < ; i++ {
         g, ok := <-goods
         if !ok {
             fmt.Println("produce done ", g)
         }
         fmt.Println("consumer ", g)
         time.Sleep(*time.Millisecond)
     }

     wg.Done()
 }

 func produce(goods chan string) {
     for i := ; i < ; i++ {
         g := fmt.Sprintf("baozi%d", i)
         goods <- g
         fmt.Println("produce ", g)
         time.Sleep(*time.Millisecond)
     }
     close(goods) //生产完毕

     wg.Done()
 }

 func main() {
     var goods chan string
     goods = make(chan string, )

     wg.Add()
     go produce(goods)
     go consumer(goods)

     wg.Wait()
 }

生产者消费者模型

 package main

 import (
     "fmt"
     "time"
 )

 func write(ch chan int) {
     for i := ; i < ; i++ {
         ch <- i
         fmt.Println("put data:", i)
     }
 }

 func read(ch chan int) {
     for {
         var b int
         b = <-ch
         fmt.Println(b)
         time.Sleep(time.Second)
     }
 }

 func main() {
     intChan := make(chan int, )
     go write(intChan)
     go read(intChan)

     time.Sleep( * time.Second)
 }

read and write channel

      死锁问题：

从带缓冲区的chennel2例子中我们可以看出，起初向新道里面写入两个数（已满），再写入时只有当信道里面有数据被取走才可以继续写入数据，如果没有数据被取走，则无法向信道里面写入数据，会出现死锁，使程序panic掉，例如

 package main

 import (
     "fmt"
 )

 func main() {
     ch := make(chan string, )
     ch <- "zhansan"
     ch <- "lisi"
     ch <- "wangwu"
     fmt.Println(<-ch)
     fmt.Println(<-ch)
 }

带缓冲区死锁问题

     长度和容量：

 package main

 import (
     "fmt"
 )

 func main() {
     ch := make(chan string, )
     ch <- "zhangsan"
     ch <- "lisi"
     fmt.Println("capacity is", cap(ch))  //
     fmt.Println("length is", len(ch))  //
     fmt.Println("read value", <-ch)  //zhangsan
     fmt.Println("new length is", len(ch))  //new length is 1
 }

带缓冲区信道长度和容量测试

从程序结果可以看出，带缓冲区信道容量是make出来可以存入信道的最大数据量，而信道长度是指信道的实际存入数据量，当从信道中取走数据，则信道长度会减小。

    （6）channel阻塞

信道的发送与接收默认是阻塞的。
        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。
        这样的作用？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。

 package main

 import (
     "fmt"
 )

 func go_test(done chan bool) {
     fmt.Println("Hello world")
     done <- true //将true写入信道done
 }
 func main() {
     done := make(chan bool) //定义一个信道，里面只能存档放bool型
     go go_test(done)
     <-done  //从信道done中读取并丢弃数据true
     fmt.Println("main function")
 }

信道的读取与写入

 package main

 import (
     "fmt"
     "time"
 )

 func go_test(done chan bool) {
     fmt.Println("go_test go routine is going to sleep")
     time.Sleep( * time.Second)
     fmt.Println("go_test go routine awake and going to write to done")
     done <- true
 }
 func main() {
     done := make(chan bool)
     fmt.Println("Main going to call go_test go goroutine")
     go go_test(done)
     <-done //此时会阻塞主程序main，等待信道done中有数据写入，如果没有就会出现死锁，程序panic掉
     fmt.Println("Main received data")
 }

信道阻塞示例

执行结果：

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？

实现方法：在一个协程中计算该数的每位数平方和，在另一个协程中计算每位数立方之和，在主程序中等待上面两个协程的计算结果并计算最终结果。

 package main 

 import (
     "fmt"
 )

 //计算num每位平方之和
 func calcSquare(num int, squareCh chan int) {
     sum :=
     for num !=  {
         digit := num%
         num /=
         sum += digit * digit
     }
     fmt.Printf("Sum of squares is %d\n", sum)
     squareCh <- sum
 }

 //计算num每位立方之和
 func calcCube(num int, cubeCh chan int) {
     sum :=
     for num !=  {
         digit := num%
         num /=
         sum += digit * digit * digit
     }
     fmt.Printf("Sum of cubes is %d\n", sum)
     cubeCh <- sum
 }

 func main() {
     var finalSum int =
     squCh := make(chan int, )
     cuCh := make(chan int, )

     num := 

     go calcSquare(num, squCh)
     go calcCube(num, cuCh)

     squareSum, cubeSum := <-squCh, <-cuCh  //阻塞并获取结果
     finalSum = squareSum + cubeSum
     fmt.Printf("result is %d\n", finalSum)
 }

获取某数每位的平方和与立方和之和

    （7）死锁

• 当 Go 协程给一个信道发送数据时，如果没有其他 Go 协程来接收该信道里面的数据。则程序就会在运行时触发 panic，形成死锁。
• 同理，当有 Go 协程等着从一个信道接收数据时，如果其他 Go 协程没有向该信道写入数据，则程序就会触发 panic，形成死锁。

 package main

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

写入管道没有被读取形成死锁

 package main

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

没有数据写入管道但是去读取形成的死锁

    （8）单向信道

Go 的信道可以在声明时约束其操作方向，如只发送或是只接收。这种被约束方向的信道被称做单向信道。

单向信道的声明格式
只能发送的信道类型为chan<-，只能接收的信道类型为<-chan，格式如下：
var 信道实例 chan<- 元素类型 // 只能发送信道
var 信道实例 <-chan 元素类型 // 只能接收信道

元素类型：信道包含的元素类型。
信道实例：声明的信道变量。

 package main

 import "fmt"

 func sendData(sendch chan<- int) {
     sendch <-
 }

 func main() {
     sendch := make(chan<- int)
     go sendData(sendch)
     receiveData := <-sendch //error 企图去接受信道sendch里面的数据
     fmt.Println(receiveData)
 }

只能发送的信道

 package main

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

只能接收信道

    （9）信道的转换

单向信道的作用？ 对于信道转换（Channel Conversion），把一个双向信道转换成只能发送信道（send-only）或者接收（Receive Only）信道都是行得通的，但是反过来就不行。

 package main

 import (
     "fmt"
     "time"
 )

 //send-only
 func sendData(sendch chan<- int) {
     sendch <-
 }

 //Receive Only
 func receiveData(receivech <-chan int) {
     rec := <-receivech
     fmt.Println(rec)
 }

 func main() {
     ch := make(chan int) //双向信道
     go sendData(ch)
     go receiveData(ch)
     time.Sleep(time.Second)
 }

信道转换

    （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

注意：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"
 )

 func producer(ch chan int) {
     for i := ; i < ; i++ {
         ch <- i
     }
     close(ch)
 }

 func main() {
     ch := make(chan int)
     go producer(ch)
     for {
         v, ok := <-ch
         if ok == false {
             fmt.Println("chnnel closed ", v, ok)  //chnnel closed  0 false
             break
         }
         fmt.Println("Received ", v, ok)
     }
 }

close 信道

 package main

 import (
     "fmt"
 )

 func producer(ch chan int) {
     for i := ; i < ; i++ {
         ch <- i
     }
     close(ch)
 }

 func main() {
     ch := make(chan int)
     go producer(ch)

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

for range遍历信道

注意：Go 语言中 range 关键字用于 for 循环中迭代数组(array)、切片(slice)、通道(channel)或集合(map)的元素。在数组和切片中它返回元素的索引和索引对应的值，在集合中返回 key-value 对的 key 值。

重新实现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？

 package main 

 import (
     "fmt"
 )

 func calcDigit(num int, digCh chan int) {
     for num !=  {
         digit := num%
         digCh <- digit
         num /=
     }
     close(digCh)
 }

 //计算num每位平方之和
 func calcSquare(num int, squareCh chan int) {
     dch := make(chan int, )
     sum :=
     go calcDigit(num, dch)
     for v := range dch {
         sum += v * v
     }
     fmt.Printf("Sum of squares is %d\n", sum)
     squareCh <- sum
 }

 //计算num每位立方之和
 func calcCube(num int, cubeCh chan int) {
     dch := make(chan int, )
     sum :=
     go calcDigit(num, dch)
     for v := range dch {
         sum += v * v * v
     }
     fmt.Printf("Sum of cubes is %d\n", sum)
     cubeCh <- sum
 }

 func main() {
     var finalSum int =
     squCh := make(chan int, )
     cuCh := make(chan int, )

     num := 

     go calcSquare(num, squCh)
     go calcCube(num, cuCh)

     squareSum, cubeSum := <-squCh, <-cuCh  //阻塞并获取结果
     finalSum = squareSum + cubeSum
     fmt.Printf("result is %d\n", finalSum)
 }

Code

    （11）WaitGroup

          sync 包里的WaitGroup主要用于线程的同步。WaitGroup在WaitGroup这个结构体所实现的方法中，常用的是Add，Done，Wait解释如下：

//A WaitGroup waits for a collection of goroutines to finish. The main goroutine calls Add to set the number of goroutines to wait for.
//Then each of the goroutines runs and calls Done when finished. At the same time, Wait can be used to block until all goroutines have 
//finished.
//A WaitGroup must not be copied after first use.

// Add adds delta, which may be negative, to the WaitGroup counter.
// If the counter becomes zero, all goroutines blocked on Wait are released.
// If the counter goes negative, Add panics.
func (wg *WaitGroup) Add(delta int)

// Done decrements the WaitGroup counter by one.
func (wg *WaitGroup) Done() {
    wg.Add(-)
}

// Wait blocks until the WaitGroup counter is zero.
func (wg *WaitGroup) Wait()

WaitGroup 使用计数器来工作（WaitGoup.Add(i)）。当我们调用 WaitGroup 的 Add 并传递一个 int 时，WaitGroup 的计数器会加上 Add 的传参。要减少计数器，可以调用 WaitGroup 的 Done() 方法（WaitGroup.Done()）。Wait() 方法会阻塞调用它的 Go 协程，直到计数器变为 0 后才会停止阻塞。

 package main 

 import (
     "fmt"
     "time"
     "sync"
 )

 func go_test(num int, wg *sync.WaitGroup) {
     fmt.Printf("Start goroutine %d\n", num)
     time.Sleep(time.Second)
     fmt.Printf("end goroutine %d\n", num)
     wg.Done()
 }

 func main() {
     var wg sync.WaitGroup
     for i := ; i < ; i++ {
         wg.Add()
         go go_test(i, &wg)
     }
     wg.Wait() //等待所有协程执行结束

     fmt.Println("main finished")
 }

WaitGroup示例

     （12）工作池的实现

缓冲信道的重要应用之一就是实现工作池。
           一般而言，工作池就是一组等待任务分配的线程。一旦完成了所分配的任务，这些线程可继续等待任务的分配。
           下面看两个例子（重点）：
            例1： 计算在10000个数里面有多少个素数？
            思路：1）设置一个输入型缓冲信道 intChan 存放这10000个数，每一个数相当于一个任务，10000个数就有一万个任务；
                       2）起多个协程来计算，比如100个，则每个协程相当于处理10000/100=100个任务，并设置一个信道 exitChan用来标记哪个协程处理结束；
                       3）设置一个输出型缓冲信道 resultChan 将 2）的计算结果存入到该信道中。

 package main

 import (
     "fmt"
     "time"
 )

 func calc(taskChan chan int, resChan chan int, exitChan chan bool) {
     for v := range taskChan {
         flag := true
         for i := ; i < v; i++ {
             if v%i ==  {
                 flag = false
                 break
             }
         }

         if flag {
             resChan <- v
         }
     }

     fmt.Println("exit")
     exitChan <- true
 }

 func main() {
     startTime := time.Now()  //开始时间

     intChan := make(chan int, )
     resultChan := make(chan int, )
     exitChan := make(chan bool, )

     go func() {
         for i := ; i < ; i++ {
             intChan <- i
         }

         close(intChan)
     }()

     for i := ; i < ; i++ {
         go calc(intChan, resultChan, exitChan)
     }

     //等待所有计算的goroutine全部退出
     go func() {
         for i := ; i < ; i++ {
             <-exitChan
             fmt.Println("wait goroutine ", i, " exited")
         }
         close(resultChan)
     }()

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

     endTime := time.Now() //结束时间
     diff := endTime.Sub(startTime)  //耗时
     fmt.Println("total time taken ", diff.Seconds(), "seconds")
 }

计算素数示例

例2：计算所输入数字的每一位的和。例如，如果输入 234，结果会是 9（即 2 + 3 + 4）
           思路如下：
           1）创建一个 Go 协程池，监听一个等待作业分配的输入型缓冲信道；
           2）将作业添加到该输入型缓冲信道中；
           3）作业完成后，再将结果写入一个输出型缓冲信道；
           4）从输出型缓冲信道读取并打印结果。

 package main

 import (
     "fmt"
     "math/rand"
     "sync"
     "time"
 )

 //任务
 type Job struct {
     id       int
     randomno int
 }

 //结果
 type Result struct {
     job         Job
     sumofdigits int
 }

 var jobs = make(chan Job, )  //输入型缓冲信道
 var results = make(chan Result, )  //输出型缓冲信道

 //计算随机数每位之和
 func digits(number int) int {
     sum :=
     no := number
     for no !=  {
         digit := no %
         sum += digit
         no /=
     }
     time.Sleep( * time.Second)
     return sum
 }

 //工作者
 func worker(wg *sync.WaitGroup) {
     for job := range jobs {
         output := Result{job, digits(job.randomno)}
         results <- output
     }
     wg.Done()
 }

 //创建工作池
 func createWorkerPool(noOfWorkers int) {
     var wg sync.WaitGroup
     for i := ; i < noOfWorkers; i++ {
         wg.Add()
         go worker(&wg)
     }
     wg.Wait()  //等待上面起的所有协程计算结束
     close(results) //计算结束，关闭信道results
 }

 //分配任务
 func allocate(noOfJobs int) {
     for i := ; i < noOfJobs; i++ {
         randomno := rand.Intn()
         job := Job{i, randomno}
         jobs <- job
     }
     close(jobs) //分配完成，关闭信道
 }

 //遍历结果
 func result(done chan bool) {
     for result := range results {
         fmt.Printf("Job id %d, input random no %d , sum of digits %d\n", result.job.id, result.job.randomno, result.sumofdigits)
     }
     done <- true
 }

 func main() {
     startTime := time.Now()

     noOfJobs :=
     go allocate(noOfJobs)

     done := make(chan bool)
     go result(done)
     noOfWorkers :=
     createWorkerPool(noOfWorkers)
     <-done //等待取到所有结果完成

     endTime := time.Now()
     diff := endTime.Sub(startTime) //总共耗时
     fmt.Println("total time taken ", diff.Seconds(), "seconds")
 }

计算随机数各位之和

    （13）select

select 语句用于在多个发送/接收信道操作中进行选择。select 语句会一直阻塞，直到发送/接收操作准备就绪。如果有多个信道操作准备完毕，select 会随机地选取其中之一执行。该语法与 switch 类似，所不同的是，这里的每个 case 语句都是信道操作。

以下描述了 select 语句的语法：

• 每个case都必须是一个信道
• 所有channel表达式都会被求值
• 所有被发送的表达式都会被求值
• 如果任意某个通信可以进行，它就执行；其他被忽略。
• 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。否则： 如果有default子句，则执行该语句。如果没有default字句，select将阻塞，直到某个通信可以运行；Go不会重新对channel或值进行求值。

 package main

 import (
     "fmt"
     "time"
 )

 func server1(ch chan string) {
     time.Sleep( * time.Second)
     ch <- "from server1"
 }

 func server2(ch chan string) {
     time.Sleep( * time.Second)
     ch <- "from server2"
 }

 func main() {
     output1 := make(chan string)
     output2 := make(chan string)
     go server1(output1)
     go server2(output2)
     select {
     case s1 := <-output1:
         fmt.Println(s1)
     case s2 := <-output2:
         fmt.Println(s2)
     }
 }

select example1

select语法的最后一条作用：在没有 case 准备就绪时，可以执行 select 语句中的默认情况（Default Case）。这通常用于防止 select 语句一直阻塞。

 package main

 import (
     "fmt"
     "time"
 )

 func process(ch chan string) {
     time.Sleep( * time.Millisecond)
     ch <- "process successful"
 }

 func main() {
     ch := make(chan string)
     go process(ch)
     for {
         time.Sleep( * time.Millisecond)
         select {
         case v := <-ch:
             fmt.Println("received value: ", v)
             return
         default:
             fmt.Println("no value received")
         }
     }

 }

select default

死锁：

当select没有匹配到任何一个读取信道的结果，此时要是没有default，则select 语句会一直阻塞，从而发生死锁，导致程序panic掉。

 package main

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

缺少default 导致死锁问题

对于上面问题，如果加上默认情况，则不会出现死锁，会去执行default。select 只含有值为 nil 的信道（比如声明未初始化的信道），也同样会执行默认情况。

 package main

 import "fmt"

 func main() {
     ch := make(chan string)
     select {
     case <-ch:
     default:
         fmt.Println("excute default")
     }
 }

执行default

 package main

 import "fmt"

 func main() {
     var ch chan string
     select {
     case v := <-ch:
         fmt.Println("received value", v)
     default:
         fmt.Println("default case executed")

     }
 }

nil default

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。

 package main

 import (
     "fmt"
     "time"
 )

 func server1(ch chan string) {
     ch <- "from server1"
 }

 func server2(ch chan string) {
     ch <- "from server2"
 }

 func main() {
     output1 := make(chan string)
     output2 := make(chan string)
     go server1(output1)
     go server2(output2)
     time.Sleep(time.Second) //等待上面两个协程执行结束，下面随机执行
     select {
     case s1 := <-output1:
         fmt.Println(s1)
     case s2 := <-output2:
         fmt.Println(s2)
     }
 }

随机执行select case

      空select：

执行空select会出现死锁。

 package main

 func main() {
     select {}
 }

空 select

    （14）定时器

• 定时器的使用

func NewTicker(d Duration) *Ticker
官网对NewTicker的解释：
NewTicker returns a new Ticker containing a channel that will send the time with a period specified by the duration argument. 
It adjusts the intervals or drops ticks to make up for slow receivers. The duration d must be greater than zero; if not, NewTicker 
will panic. Stop the ticker to release associated resources.

 package main
 import (
     "fmt"
     "time"
 )

 func main() {
     t := time.NewTicker(time.Second)  //定时器设置为 1s
     for v := range t.C {
         fmt.Println("hello, ", v)
     }
 }

example1

 package main

 import (
     "fmt"
     "time"
 )

 func main() {
     ticker := time.NewTicker(time.Second)
     defer ticker.Stop() //程序结束关闭定时器
     done := make(chan bool)
     go func() {
         time.Sleep( * time.Second)
         done <- true
     }()
     for {
         select {
         case <-done:
             fmt.Println("Done!")
             return
         case t := <-ticker.C:
             fmt.Println("Current time: ", t)
         }
     }
 }

官网例子

func (t *Ticker) Stop()
官网解释：
Stop turns off a ticker. After Stop, no more ticks will be sent. Stop does not close the channel, to prevent a concurrent goroutine 
reading from the channel from seeing an erroneous "tick".

• 一次定时器

func (t Time) After(u Time) bool
After reports whether the time instant t is after u.

 package main

 import (
     "fmt"
     "time"
 )

 func main() {
     select {
     case <- time.After(*time.Second):
         fmt.Println("after")
     }
 }

example

 package main

 import (
     "fmt"
     "time"
 )

 func main() {
     year2000 := time.Date(, , , , , , , time.UTC)
     fmt.Println(year2000)

     year3000 := time.Date(, , , , , , , time.UTC)
     fmt.Println(year3000)

     isYear3000AfterYear2000 := year3000.After(year2000) // True
     isYear2000AfterYear3000 := year2000.After(year3000) // False

     fmt.Printf("year3000.After(year2000) = %v\n", isYear3000AfterYear2000)
     fmt.Printf("year2000.After(year3000) = %v\n", isYear2000AfterYear3000)

 }

官网例子

• 超时控制

例子是模拟一个数据库操作，如果在1s内未返回结果，则超时退出。

 package main
 import (
     "fmt"
     "time"
 )
 func queryDb(ch chan int) {
     time.Sleep(time.Millisecond) //模拟数据库操作耗时
     ch <-
 }
 func main() {
     ch := make(chan int)

     go queryDb(ch)
     t := time.NewTicker(time.Second)  //设置超时时间，如果1s内未返回结果则超时退出
     defer t.Stop() //程序结束关闭定时器

     select {
         case v := <-ch:
         fmt.Println("result", v)
         case <-t.C:
         fmt.Println("timeout")
     }
 }

超时控制

• 信号处理

 package main

 import (
     "fmt"
     "os"
     "os/signal"
     "sync"
     "syscall"
 )

 var waitGroup sync.WaitGroup

 func produce(ch chan<- string, exitChan chan bool) {

     var i int
     var exit bool
     for {
         str := fmt.Sprintf("hello %d", i)
         select { //select检测哪个管道可写或者可读
         case ch <- str:
         case exit = <-exitChan:
         }
         if exit {
             fmt.Printf("user notify produce exited\n")
             break
         }
     }
     close(ch)
     waitGroup.Done()
 }

 func consume(ch <-chan string) {

     for {
         str, ok := <-ch
         if !ok {
             fmt.Printf("ch is closed")
             break
         }
         fmt.Printf("value:%s\n", str)
     }
     waitGroup.Done()
 }

 func main() {
     // 在shell终端输入 kill -SIGUSR2 ID   给程序输入终止信号
     var ch chan string = make(chan string)
     var exitChan chan bool = make(chan bool, )
     var sinalChan chan os.Signal = make(chan os.Signal, )
     waitGroup.Add()
     signal.Notify(sinalChan, syscall.SIGUSR2)
     go produce(ch, exitChan)
     go consume(ch)

     <-sinalChan //读取然丢弃
     exitChan <- true
     waitGroup.Wait()

 }

信号处理

3. 单元测试

go test命令是一个按照一定的约定和组织的测试代码的驱动程序。 在包目录内， 所有以_test.go为后缀名的源文件并不是go build构建包的一部分， 它们是go test测试的一部分。
      在*_test.go文件中， 有三种类型的函数： 测试函数、 基准测试函数、 示例函数。 一个测试函数是以Test为函数名前缀的函数， 用于测试程序的一些逻辑行为是否正确； go test命令会调用这些测试函数并报告测试结果是PASS或FAIL。本次只了解测试函数，后面会专门写博客学习其他类型的函数。
      go test命令会遍历所有的*_test.go文件中符合上述命名规则的函数， 然后生成一个临时的main包用于调用相应的测试函数， 然后构建并运行、 报告测试结果， 最后清理测试中生成的临时文件。

1）文件名必须以_test.go结尾
     2）使用go test -v执行单元测试

 package main

 func add(a, b int) int {
     return a + b
 }

 func sub(a, b int) int {
     return a - b
 }

calc.go

 package main

 import (
     "testing"
 )

 func TestAdd(t *testing.T) {
     r := add(, )
     if r !=  {
         t.Fatalf("add(2, 4) error, expect:%d, actual:%d", , r)
     }
     t.Logf("test add succ")
 }

 func TestSub(t *testing.T) {
     r := sub(, )
     if r != - {
         t.Fatalf("sub(2, 4) error, expect:%d, actual:%d", -, r)
     }
     t.Logf("test sub succ")
 }

calc_test.go

 package main

 import (
     "encoding/json"
     "io/ioutil"
 )

 type student struct {
     Name string
     Sex  string
     Age  int
 }

 func (p *student) Save() (err error) {
     data, err := json.Marshal(p)
     if err != nil {
         return
     }

     err = ioutil.WriteFile("C:/stu.dat", data, )
     return
 }

 func (p *student) Load() (err error) {

     data, err := ioutil.ReadFile("C:/stu.dat")
     if err != nil {
         return
     }

     err = json.Unmarshal(data, p)
     return
 }

student.go

 package main

 import "testing"
 import "time"

 func TestSave(t *testing.T) {
     stu := &student{
         Name: "stu01",
         Sex:  "man",
         Age:  ,
     }

     err := stu.Save()
     if err != nil {
         t.Fatalf("save student failed, err:%v", err)
     }

 }

 func TestLoad(t *testing.T) {

     stu := &student{
         Name: "stu01",
         Sex:  "man",
         Age:  ,
     }
     err := stu.Save()
     if err != nil {
         t.Fatalf("save student failed, err:%v", err)
     }
     stu2 := &student{}
     time.Sleep( * time.Second)
     err = stu2.Load()
     if err != nil {
         t.Fatalf("load student failed, err:%v", err)
     }
     if stu.Name != stu2.Name {
         t.Fatalf("load student failed, name not equal")
     }
     if stu.Sex != stu2.Sex {
         t.Fatalf("load student failed, Sex not equal")
     }
     if stu.Age != stu2.Age {
         t.Fatalf("load student failed, Age not equal")
     }
 }

student_test.go

将四个文件放到同一个目录下，执行go test -v，执行结果如下：

参考文献：

• https://golang.org/pkg/time/
• https://studygolang.com/articles/12522 (select)
• https://studygolang.com/articles/12402 (channel)
• https://studygolang.com/articles/12342 (Go 协程)
• https://studygolang.com/articles/12341 (并发入门)
• https://www.cnblogs.com/domestique/p/8410313.html