关于Goroutine与Channel

关于Goroutine的原理

原理上的内容比较多，比如goroutine启动的时候要执行哪些相关的操作，一点一点的补充一下。

channel的基本原理

channel是go语言中的特殊的机制，既可以同步两个被并发执行的函数，又可以让这两个函数通过相互传递特定类型的值来进行通信。事实上这也是channel的两个主要功能。

按照通道在初始化时是否有缓冲值，又可以分为缓冲通道与非缓冲通道。通道初始化的时候也还是需要使用make进行，比如make(chan int,10)声明一个缓冲空间为10个int的通道，直接make(chan int)就是声明一个非缓冲通道

直接采用内建函数close(strChan)就可以关闭通道。应该保证在安全的情况下进行关闭通道的操作。基本的原则：内建函数 len(strChan)可以查看通道中当前有的元素的数量 cap(strChan)可以查看通道的总的容量，总容量一旦初始化之后就不会再发生改变了。

关于select语句的使用，在go语言中，执行select语句的时候，会自动地自上而下地判断每个case中的发送或者接受的操作可否被立即执行，即是说当前的Goroutine不会因此操作而被阻塞。select语句在执行的时候，会先对各个case中的表达式进行判断求值，而且直到所有的求值操作都完成之后才会考虑选其中的某个case去执行。这要依据当时通道的特性来判断，当发现第一个满足选择条件的case的时候，这个case中的语句就会被执行，其他的语句就会被忽略，当有多个case都满足情况的话，系统会根据一个伪随机算法决定哪个case会被执行。default是一个特殊的case，如果没有合适的case的话，default中的语句就会被执行，如果select语句中没有加上default语句，那么如果此时没有case符合条件的话，当前goroutine就会一直阻塞在当前的这一条select语句上。因此default:对于select而言是必要的。

通常select还会和for语句结合在一起来使用，因为单独的select操作只会被选择一次，要想持续不断地使用select从通道中读出信息，还是要和for结合在一起使用。于是跳出多层循环的时候，特别是添加了超时控制的案例，可以参考使用场景（2）中介绍的两种方法.

• 无论怎样都不应该在接收端关闭通道，因为无法判断发送端是否还有数据要发送，通道有一个很好的特性，就是发送端关闭通道后，接收端仍然可以正常接受已经存在通道中的数据。谁启的通道，谁最后负责关，是这个道理。
• 注意element , ok := <-chann 的这种语法， 如果通道被关闭则ok的值会变为false,element的值会变为该通道类型的零值，通常用ok这种语法来判断是否退出某个循环。比如下面这段代码，同时也可以看下goroutine的相关使用模式：

package main

import (
	"fmt"
	"time"
)

func main() {
	ch := make(chan int, 1)
	sign := make(chan byte, 2)

	go func() {
		for i := 0; i < 5; i++ {
			ch <- i

			time.Sleep(1 * time.Second)
		}

		close(ch)
		fmt.Println("The channel is closed.")
		sign <- 0
	}()

	go func() {
		//这个循环会一直尝试从ch中读取信息出来 即使ch已经被发送端关闭
		//但还是可以读信息出来 最后当ok 为false的时候 说明已经没有数据从ch中读出
		//跳出循环 注意这种判断方式
		for {
			fmt.Printf("before extract channel len: %v ,", len(ch))
			e, ok := <-ch
			fmt.Printf("channel value: %d if extract ok :(%v) after extraction channel len : %v channel cap : %v \n", e, ok, len(ch), cap(ch))
			if !ok {
				break
			}

			time.Sleep(2 * time.Second)
		}
		fmt.Println("Done.")
		sign <- 1
	}()
	//要是不添加两次取值的操作的话 主进程就会马上结束 这里相当于是实现了一个
	//同步的操作 等待两个go func都结束之后 再结束主进程 注意这种技巧
	<-sign
	<-sign
}

/*output:
before extract channel len: 1 ,channel value: 0 if extract ok :(true) after extraction channel len : 0 channel cap : 1
before extract channel len: 1 ,channel value: 1 if extract ok :(true) after extraction channel len : 0 channel cap : 1
before extract channel len: 1 ,channel value: 2 if extract ok :(true) after extraction channel len : 0 channel cap : 1
before extract channel len: 1 ,channel value: 3 if extract ok :(true) after extraction channel len : 0 channel cap : 1
The channel is closed.
before extract channel len: 1 ,channel value: 4 if extract ok :(true) after extraction channel len : 0 channel cap : 1
before extract channel len: 0 ,channel value: 0 if extract ok :(false) after extraction channel len : 0 channel cap : 1
Done.
*/

• 同样的从通道中迭代取出元素的操作还可以使用 for range 来进行操作，当通道已经被关闭或者没有值可以再接收的话，for循环会立即被结束，比如使用场景（3）中的Batch函数，可以修改成如下的方式，更加简洁：

  func (handler PersonHandlerImpl) Batch(origs <-chan Person) <-chan Person {
	dests := make(chan Person, 100)
	go func() {
		for p :=range origs{
			handler.Handle(&p)
			log.Printf("old value : %v\n", p)
			//time.Sleep(time.Second)
			dests <- p
		}
		fmt.Println("alll the info has been handled")
		close(dests)
	}()
	return dests
}

关于通道的基本原则

• 通道缓冲已经满了的时候，再向通道中发送数据，会造成Goroutine的阻塞，通道没有初始化，即值为nil的时候，向其中发送数据会造成通道永久阻塞。
• 关闭通道的操作应该由发送端来进行，通道关闭后，如果还有数据，接收端仍可以正常接受数据。
• 向通道中发送值，进行的是值传递

channel使用场景分析

使用场景（1）

注意 app.go文件夹中的 346 行左右开始地方的一个坑 注意time.After的返回值 由于放在了for循环中 因此 每次会新new 一个 channel出来 还有注意跳出多层循环的方式

主要参考的是《Go并发编程实战的相关内容》

代码如下：

package main

import (
	"fmt"
	"runtime"
)

func main() {
	names := []string{"E", "H", "R", "J", "M"}
	for _, name := range names {
		go func() {
			fmt.Printf("Hello , %s \n", name)
		}()
	}
	//要是不添加runtime的话 就不会有内容输出
	//因为for循环执行速度太快了 直接循环结束跳出了最后的循环
	//之后 for循环中生成的5个go func 会被分别进行调度
	runtime.Gosched()
}

/* output
Hello , M
Hello , M
Hello , M
Hello , M
Hello , M
*/

根据代码可以看出，具体循环的时候for循环中的go func 的调度并不是按照想象的那样，一次循环一个go func ，不要对go func的执行时机做任何假设。

优化方案

一种思路是把runtime.Gosched()函数放在每次for循环结束的时候，这样每次for循环之后，都会被重新调度一次，可能会出现正确的结果，并不是每次都准确，比如go func的程序需要运行一段时间，在这段运行的时间之内，可能就已经循环了几个元素过去了

package main

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

func main() {
	names := []string{"E", "H", "R", "J", "M", "N", "O", "P"}
	for _, name := range names {
		go func() {
			time.Sleep(1000 * time.Nanosecond)
			fmt.Printf("Hello , %s \n", name)
		}()

		runtime.Gosched()
	}

}

/* output:
Hello , E
Hello , J
Hello , J
Hello , P
Hello , P
Hello , P
*/

还有一种思路是采用传递参数的方式，就是给goroutine带上了参数，虽然goroutine已经脱离了main函数的控制，但是它已经带上了main函数给的烙印，相当于是某种解耦的感觉，for循环多次就不会影响打印的结果了，比如下面代码：

package main

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

func main() {
	names := []string{"E", "H", "R", "J", "M", "N", "O", "P"}
	for _, name := range names {
		go func(who string) {
			time.Sleep(1000 * time.Nanosecond)
			fmt.Printf("Hello , %s \n", who)
		}(name)

	}
	runtime.Gosched()

}

/* output:
Hello , E
Hello , H
Hello , R
Hello , J
Hello , M
*/

但是这个方法仍然很有问题，只能保证在函数执行时间很短的时候结果正常，而且不输出重复的内容，如果程序执行时间比较长的话，很有可能main函数会被提前结束，按顺序生成的多个goroutine在cpu那里会不会仍然按照顺序被调度执行？这个仍然不确定？有几个goroutine会不能被正常调度到并且执行，比如像上面的代码的输出样子，而且每次输出的结果也都是不确定的。

使用场景（2）

编码的时候遇到这样一个场景，服务创建成功之后，需要等待ip被分配，ip被分配好之后，服务才正式部署成功，最后将所有的信息返回给前台，于是打算这样实现，在服务创建成功之后就不断循环，查询ip如果分配成功了就返回，如果超过了时间也返回失败，最后这部分的代码像下面这样，

第一个例子中退出的方式采用的是标记的思路形式，每次循环结束的时候会检查一下标记看看是否退出，第二个采用的是特殊的语法，直接跳出最外层的循环，注意这种时间控制的实现，还是弄成一个defalt一个case比较好，由于case的调度可能有随机性，因此正常执行的内容放在default的部分，时间控制的那个channel放在某一个case当中。

package main

import (
	"fmt"
	"time"
)

func main() {
	sign := make(chan int)
	chtemp := make(chan int, 5)
	go func() {
		for i := 0; i < 5; i++ {
			time.Sleep(time.Millisecond * 300)
			chtemp <- i
		}
		close(chtemp)

	}()
	var e int
	ok := true

	//new 一个新的channel返回 注意这里要提前声明好
	t := time.After(time.Second)
	go func() {
		for {
			select {
			case <-t:
				fmt.Println("time out")
				ok = false
				break
				//注意这里是使用 = 而不是 :=

			default:
				e, ok = <-chtemp
				fmt.Printf("value : %v \n", e)
				if !ok {
					break
				}
			}
			if !ok {
				sign <- 1
				break
			}
		}
	}()
	<-sign
}

//一个时间控制的channel
//注意这个要在循环之外单独声明 否则每次都会分配一个新的 time.After的channel返回过来
t := time.After(time.Second * 10)

//注意这种跳出多层循环的操作方式 要是单层使用break的话 仅仅跳出的是 select 那一层的循环

A:
	for {
		select {
		//如果时间到了 就返回错误信息
		case <-t:
			log.Println("time out to allocate ip")
			//delete the se which deploy failed
			a.Ctx.ResponseWriter.Header().Set("Content-Type", "application/json")
			http.Error(a.Ctx.ResponseWriter, `{"errorMessage":"`+"deploy error : time out"+`"}`, 406)
			break A
		//如果时间没到 就是 t 还没有发回信息 select语句就默认跳转到default块中
		//执行查找ip是否分配的操作
		default:
			//log.Println("logout:", <-timeout)
			sename := service.ObjectMeta.Labels["name"]
			podslist, err := a.Podip(sename)
			if err != nil {
				log.Println(err.Error())
				a.Ctx.ResponseWriter.Header().Set("Content-Type", "application/json")
				http.Error(a.Ctx.ResponseWriter, `{"errorMessage":"`+err.Error()+`"}`, 406)
				break A
			}
			if len(podslist) == 0 {
				continue
			} else {
				log.Println("allocation ok ......")
				a.Data["json"] = detail
				a.ServeJson()
				break A
			}

		}

	}

使用场景（3）

常常有这样一种场景，把某些信息从旧的资源池中取出来，经过一些加工处理，再放入新的资源池中，这个过程如果按传统的方式就是采用完全串行的方式效率会很低，粒度太粗了，具体的粒度可以细化以每次所取的单位资源为粒度。

比如以书上p339为例，有一个资源池存储这person的信息，将每个person从中取出来，之后进行一些处理，再存到新的资源池中，这里用oldarray以及newarray来模拟旧的和新的资源池：

具体的代码如下：

package main

//参考go 并发编程实战 p337
import (
	"log"
	"strconv"
	"time"
)

type Person struct {
	name string
	age  int
	addr string
}

var oldpersonarray = [5]Person{}
var newpersonarray = [5]Person{}

type PersonHandler interface {
	Batch(origs <-chan Person) <-chan Person
	Handle(orig *Person)
}

//struct 实现了personhandler 接口
type PersonHandlerImpl struct{}

//从origs接收信息 处理之后再返回给新的channel
func (handler PersonHandlerImpl) Batch(origs <-chan Person) <-chan Person {
	dests := make(chan Person, 100)
	go func() {
		for {
			p, ok := <-origs
			if !ok {
				close(dests)
				break
			}
			handler.Handle(&p)
			log.Printf("old value : %v\n", p)
			//time.Sleep(time.Second)
			dests <- p
		}
	}()
	return dests
}

//这里要使用引用传递
func (handler PersonHandlerImpl) Handle(orig *Person) {
	orig.addr = "new address"
}

func getPersonHandler() PersonHandler {
	return &PersonHandlerImpl{}

}

//print the oldpersonarray into the chan<-Person
func fetchPerson(origs chan<- Person) {
	for _, v := range oldpersonarray {
		//fmt.Printf("get the value : %v %v \n", k, v)
		time.Sleep(time.Second)
		origs <- v
	}
	close(origs)

}

//fetch the value from the channel and store it into the newpersonarray
func savePerson(dest <-chan Person) <-chan int {
	intChann := make(chan int)
	go func() {
		index := 0
		for {
			p, ok := <-dest
			if !ok {
				break
			}
			//time.Sleep(time.Second)
			log.Printf("new value transfer %v \n", p)

			newpersonarray[index] = p
			index++

		}

		intChann <- 1
	}()
	return intChann
}

func init() {
	//使用range的话是值传递 这里要给oldpersonarray赋值进来
	tmplen := len(oldpersonarray)
	for i := 0; i < tmplen; i++ {
		oldpersonarray[i].addr = "old address"
		oldpersonarray[i].age = i
		oldpersonarray[i].name = strconv.Itoa(i)

	}

	log.Printf("first print init value : %v\n", oldpersonarray)

}
func main() {

	handeler := getPersonHandler()
	origs := make(chan Person, 100)
	dests := handeler.Batch(origs)
	//go func() { fetchPerson(origs) }()
	// 不加go func的话 要等这句执行完 才能执行下一句
	// 则orgis信息都输出 完全关闭掉 这个时候 从dest接收信息的语句才开始执行
	// 所以不会动态输出 这句加上go func的话 就会没隔 1s 动态输出
	// 如果将fetchPerson 再往前面放一句 则old value也不会动态输出
	fetchPerson(origs)
	sign := savePerson(dests)
	<-sign
	log.Printf("last print new value : %v \n", newpersonarray)

}

整体的结构图如下：

代码基本分析:

• 首先声明一个 PersonHandler 的接口，之后声明一个struct PersonHandlerImpl 将接口中的两个方法都实现了，init函数用于进行oldarray的初始化工作。注意为了减少出错，内部的函数在方声明的时候都是单向的channel。
• 1，2 fetchperson从oldarray中区数据，并把数据存到origs channel中，注意最后取完数据到通道之后，要由发送方将channel关闭，否则可能造成deadlock。注意在main函数中，如果fech操作没有放到一个goroutine中来执行，就仍然是串行的，相当于是把数据都放入到channel中，另一端才开始取，没发挥出并发的优势。
• 3，4 Batch函数将person信息从origs中取出来，进行处理后，同时传到dests中，最后将dests返回，注意这里不是全部传入之后才将dests返回，而是新启动一个goroutine执行传入操作，同时将dests返回，注意要主动关闭channel。
• 5 savePerson操作接收一个<-chann 之后从中接受person信息，将值写入到新的资源池中，最后全部写入结束之后，传一个sign channel给主进程，结束。
• 总结，在需要动态输出信息的时候，goroutine往往是和channel结合在一起使用。最常见的用法是，一个goroutine负责向channel中写入数据，之后将channel返回，由其他进程取出信息。比如之前写过的一些websocket从前台接受信息，后台处理信息之后再动态返回给前台打出结果的模型，就和这个差不多，总之具体的异步执行流程要理清楚，都有哪些channel，负责传递的信息分别是什么。