Go基础--goroutine和channel

goroutine

在go语言中，每一个并发的执行单元叫做一个goroutine

这里说到并发，所以先解释一下并发和并行的概念：

并发：逻辑上具备同时处理多个任务的能力

并行：物理上在同一时刻执行多个并发任务

当一个程序启动时，其主函数即在一个单独的goroutine中运行，一般这个goroutine是主goroutine

如果想要创建新的goroutine,只需要再执行普通函数或者方法的的前面加上关键字go

通过下面一个例子演示并发的效果，主goroutine会计算第45个斐波那契函数，在计算的同时会循环打印：-\|/

这里需要知道：当主goroutine结束之后，所有的goroutine都会被打断，程序就会退出

package main

import (
    "time"
    "fmt"
)

func spinner(delay time.Duration){
    for {
        for _,r := range `-\|/`{
            fmt.Printf("\r%c",r)
            time.Sleep(delay)
        }
    }
}

func fib(x int) int{
    // 斐波那契函数
    if x < 2{
        return x
    }
    return fib(x-1) + fib(x-2)
}

func main() {
    go spinner(100*time.Millisecond) //开启一个goroutine
    const n = 45
    fibN:= fib(n)
    fmt.Printf("\rFib(%d) = %d\n",n,fibN)
}

当第一次看到go的并发，感觉真是太好用了！！！！

所以在网络编程里，服务端都是需要同时可以处理很多个连接，我们看一下下面的服务端和客户端例子

服务端：

package main

import (
    "net"
    "io"
    "time"
    "log"
)

func handleConn(c net.Conn){
    defer c.Close()
    for{
        _,err := io.WriteString(c,time.Now().Format("15:04:05\r\n"))
        if err != nil{
            return
        }
        time.Sleep(1*time.Second)
    }
}

func main() {
    // 监听本地tcp的8000端口
    listener,err := net.Listen("tcp","localhost:8000")
    if err != nil{
        log.Fatal(err)
    }
    for {
        conn,err := listener.Accept()
        if err!= nil{
            log.Print(err)
            continue
        }
        go handleConn(conn)
    }
}

客户端：

package main

import (
    "io"
    "log"
    "net"
    "os"
)

func mustCopy(dst io.Writer,src io.Reader){
    // 从连接中读取内容，并写到标准输出
    if _,err := io.Copy(dst,src);err !=nil{
        log.Fatal(err)
    }

}

func main(){
    conn,err := net.Dial("tcp","localhost:8000")
    if err != nil{
        log.Fatal(err)
    }
    defer conn.Close()
    mustCopy(os.Stdout, conn)
}

Channel

channel是不同的goroutine之间的通信机制。

一个goroutine通过channel给另外一个goroutine发送信息。

每个channel 都有一个特殊的类型，也就是channel可以发送的数据的类型

我们可以通过make创建一个channel如：

ch := make(chan int)  这就是创建了一个类型为int的channel

默认我们这样创建的是无缓存的channel,当然我们可以通过第二个参数来设置容量

ch := make(chan int,10)

注意：channel是引用类型，channel的零值也是nil

两个相同类型的channel可以使用==运算符比较。如果两个channel引用的是相通的对象，那么比较的结
果为真。一个channel也可以和nil进行比较。

因为channel是在不同的goroutine之间进行通信的，所以channel这里有两种操作:存数据和取数据，而这里两种操作的

方法都是通过运算符：<-

ch <- x  这里是发送一个值x到channel中

x = <- ch 这里是从channel获取一个值存到变量x

<-ch 这里是从channel中取出数据，但是不使用结果

close(ch) 用于关闭channel

当我们关闭channel后，再次发送就会导致panic异常，但是如果之前发送过数据，我们在关闭channel之后依然可以执行接收操作

如果没有数据的话，会产生一个零值

基于channel发送消息有两个重要方面，首先每个消息都有一个值，但是有时候通讯的事件和发送的时刻也同样重要。

我们更希望强调通讯发送的时刻时，我们将它称为消息事件。有些消息并不携带额外的信息，它仅仅是用做两个goroutine之间的同步，这个时候我们可以用struct{}空结构体作为channel元素的类型

 无缓存的channel

基于无缓存的channel的发送和接受操作将导致两个goroutine做一次同步操作，所以无缓存channel有时候也被称为同步channel

串联的channel (Pipeline)

channel也可以用于多个goroutine连接在一起，一个channel的输出作为下一个channel的输入，这种串联的channel就是所谓的pipeline

通过下面例子理解，第一个goroutine是一个计算器，用于生成0，1，2...形式的整数序列，然后通过channel将该整数序列

发送给第二个goroutine；第二个goroutine是一个求平方的程序，对收到的每个整数求平方，然后将平方后的结果通过第二个channel发送给第三个goroutine

第三个goroutine是一个打印程序，打印收到的每个整数

package main

import (
    "fmt"
)

func main(){
    naturals := make(chan int)
    squares := make(chan int)

    go func(){
        for x:=0;;x++{
            naturals <- x
        }
    }()

    go func(){
        for {
            x := <- naturals
            squares <- x * x
        }
    }()

    for{
        fmt.Println(<-squares)
    }
}

但是如果我把第一个生成数的写成一个有范围的循环，这个时候程序其实会报错的

所以就需要想办法让发送知道没有可以发给channel的数据了，也让接受者知道没有可以接受的数据了

这个时候就需要用到close(chan)

当一个channel被关闭后，再向该channel发送数据就会导致panic异常

当从一个已经关闭的channel中接受数据，在接收完之前发送的数据后，并不会阻塞，而会立刻返回零值，所以在从channel里接受数据的时候可以多获取一个值如：

go func(){
   for {
      x ,ok := <-naturals
      if !ok{
         break
      }
      squares <- x*x
   }
   close(squares)
}()

第二位ok是一个布尔值，true表示成功从channel接受到值，false表示channel已经被关闭并且里面没有值可以接收

单方向的channel

当一个channel座位一个函数的参数时，它一般总是被专门用于只发送或者只接收

chan <- int ：表示一个只发送int的channel,只能发送不能接收

< chan int : 表示一个只接受int的channel,只能接收不能发送

当然在有时候我们需要获取channel内部缓存的容量，可以通过内置的cap函数获取

而len函数则返回的是channel内实际有效的元素个数

基于select的多路复用

这里先说一个拥有的知识点：time.Tick函数

这个函数返回一个channel,通过下面代码进行理解：

package main

import (
    "time"
    "fmt"
)

func main() {
    tick := time.Tick(1*time.Second)
    for countdown :=10;countdown>0;countdown--{
        j :=<- tick
        fmt.Println(j)
    }
}

程序会循环打印一个时间戳

select 语句：

select {
 case <-ch1:
     // ...
 case x := <-ch2:
     // ...use x...
 case ch3 <- y:
     // ...
 default:
    // ... 
}

select语句的形式其实和switch语句有点类似，这里每个case代表一个通信操作

在某个channel上发送或者接收，并且会包含一些语句组成的一个语句块 。

select中的default来设置当 其它的操作都不能够马上被处理时程序需要执行哪些逻辑

channel 的零值是nil,  并且对nil的channel 发送或者接收操作都会永远阻塞，在select语句中操作nil的channel永远都不会被select到。

这可以让我们用nil来激活或者禁用case，来达成处理其他输出或者输出时间超时和取消的逻辑

补充

不同的goroutine之间如何通信

首先我们能够想到的有：全局变量的方式，我们先通过这种本方法来演示：

package main

import (
    "time"
    "fmt"
)

var exits [3]bool

func calc(index int){
    for i:=0;i<1000;i++{
        time.Sleep(time.Millisecond)
    }
    exits[index] = true
}

func main() {
    start := time.Now().UnixNano()
    go calc(0)
    go calc(1)
    go calc(2)

    for{
        if exits[0] && exits[1] &&exits[2]{
            break
        }
    }
    end := time.Now().UnixNano()
    fmt.Println("finished,const:%d ms",end-start)
}

这种方法其实比较笨，go为我们提供了锁同步的方式 sync.WaitGroup，演示代码为：

//等待一组goroutine执行完成

package main

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

var waitGroup sync.WaitGroup

func calc(index int){
    for i:=0;i<1000;i++{
        time.Sleep(time.Millisecond)
    }
    //执行完成的时候Done
    waitGroup.Done()
}

func main() {
    start := time.Now().UnixNano()
    for i:=0;i<3;i++{
        // 每次在调用之前add
        waitGroup.Add(1)
        go calc(i)
    }
    //在循环外等待wait
    waitGroup.Wait()
    end := time.Now().UnixNano()
    fmt.Println("finished,const:%d ms",end-start)
}

关于Channel的补充

channel 概念：

类似unix中的管道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

定时器的补充

//定时器
package main

import (
    "time"
    "fmt"
)

func main() {
    t := time.NewTicker(time.Second)
    for v:= range t.C{
        fmt.Println("hello",v)
    }
}

// 一次性定时器
package main

import (
    "time"
    "fmt"
)

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

超时控制

package main

import (
    "time"
    "fmt"
)

func queryDb(ch chan int){
    time.Sleep(time.Second)
    ch <- 100
}

func main() {
    ch := make(chan int)
    go queryDb(ch)
    t := time.NewTicker(time.Second*4)
    select{
    case v:=<-ch:
        fmt.Println("result:",v)
    case <-t.C:
        fmt.Println("timeout")

关于单元测试和异常捕获的补充

package main

import (
    "time"
    "fmt"
)

func calc(){
    // defer 定义的后面出现错误的都可以捕获到
    defer func() {
        err := recover()
        if err!=nil{
            fmt.Println(err)
        }
    }()
    var p *int
    *p = 100

}

关于单元测试的简单例子演示：

package test

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

上面的代码，如果想要做单元测试，我们需要定义一个测试文件，我把上面代码的文件名是calc.go,单元测试代码的文件名calc_test.go

package test

import "testing"

func TestAdd(t *testing.T){
    result := add(2,3)
    if result != 5{
        t.Fatalf("add is not right")
        return
    }
    t.Logf("add is right")
}

这样当我们需要测试add函数的时候只需要在该包下执行go test，效果如下：

如果想要看更详细的可以通过go test -v,效果如下：