6-7 使用函数输出水仙花数_Go语言并发如何使用才更加高效
很多刚开始使用 Go 语言开发的人都很喜欢使用并发特性,而没有考虑并发是否真正能解决他们的问题。了解goroutine的生命期时再创建goroutine在 Go 语言中,开发者习惯将并发内容与 goroutine 一一对应地创建 goroutine。开发者很少会考虑 goroutine 在什么时候能退出和控制 goroutine 生命期,这就会造成 goroutine 失控的情况。下面来看一段代码。
失控的 goroutine:
1package main 2 3import ( 4 "fmt" 5 "runtime" 6) 7 8// 一段耗时的计算函数 9func consumer(ch chan int) {1011 // 无限获取数据的循环12 for {1314 // 从通道获取数据15 data := 1617 // 打印数据18 fmt.Println(data)19 }2021}2223func main() {2425 // 创建一个传递数据用的通道26 ch := make(chan int)2728 for {2930 // 空变量, 什么也不做31 var dummy string3233 // 获取输入, 模拟进程持续运行34 fmt.Scan(&dummy)3536 // 启动并发执行consumer()函数37 go consumer(ch)3839 // 输出现在的goroutine数量40 fmt.Println("goroutines:", runtime.NumGoroutine())41 }4243}
代码说明如下:
第 9 行,consumer() 函数模拟平时业务中放到 goroutine 中执行的耗时操作。该函数从其他 goroutine 中获取和接收数据或者指令,处理后返回结果。
第 12 行,需要通过无限循环不停地获取数据。
第 15 行,每次从通道中获取数据。
第 18 行,模拟处理完数据后的返回数据。
第 26 行,创建一个整型通道。
第 34 行,使用 fmt.Scan() 函数接收数据时,需要提供变量地址。如果输入匹配的变量类型,将会成功赋值给变量。
第 37 行,启动并发执行 consumer() 函数,并传入 ch 通道。
第 40 行,每启动一个 goroutine,使用 runtime.NumGoroutine 检查进程创建的 goroutine 数量总数。
运行程序,每输入一个字符串+回车,将会创建一个 goroutine,结果如下:
1a2goroutines: 23b4goroutines: 35c6goroutines: 4
注意,结果中 a、b、c 为通过键盘输入的字符,其他为打印字符。这个程序实际在模拟一个进程根据需要创建 goroutine 的情况。运行后,问题已经被暴露出来:随着输入的字符串越来越多,goroutine 将会无限制地被创建,但并不会结束。这种情况如果发生在生产环境中,将会造成内存大量分配,最终使进程崩溃。现实的情况也许比这段代码更加隐蔽:也许你设置了一个退出的条件,但是条件永远不会被满足或者触发。为了避免这种情况,在这个例子中,需要为 consumer() 函数添加合理的退出条件,修改代码后如下:
1package main 2 3import ( 4 "fmt" 5 "runtime" 6) 7 8// 一段耗时的计算函数 9func consumer(ch chan int) {1011 // 无限获取数据的循环12 for {1314 // 从通道获取数据15 data := 1617 if data == 0 {18 break19 }2021 // 打印数据22 fmt.Println(data)23 }2425 fmt.Println("goroutine exit")26}2728func main() {2930 // 传递数据用的通道31 ch := make(chan int)3233 for {3435 // 空变量, 什么也不做36 var dummy string3738 // 获取输入, 模拟进程持续运行39 fmt.Scan(&dummy)4041 if dummy == "quit" {4243 for i := 0; i -1; i++ {44 ch 045 }4647 continue48 }4950 // 启动并发执行consumer()函数51 go consumer(ch)5253 // 输出现在的goroutine数量54 fmt.Println("goroutines:", runtime.NumGoroutine())55 }56}
代码中加粗部分是新添加的代码,具体说明如下:
第 17 行,为无限循环设置退出条件,这里设置 0 为退出。
第 41 行,当命令行输入 quit 时,进入退出处理的流程。
第 43 行,runtime.NumGoroutine 返回一个进程的所有 goroutine 数,main() 的 goroutine 也被算在里面。因此需要扣除 main() 的 goroutine 数。剩下的 goroutine 为实际创建的 goroutine 数,对这些 goroutine 进行遍历。
第 44 行,并发开启的 goroutine 都在竞争获取通道中的数据,因此只要知道有多少个 goroutine 需要退出,就给通道里发多少个 0。
修改程序并运行,结果如下:
1a2goroutines: 23b4goroutines: 35quit6goroutine exit7goroutine exit8c9goroutines: 2
避免在不必要的地方使用通道通道(channel)和 map、切片一样,也是由 Go 源码编写而成。为了保证两个 goroutine 并发访问的安全性,通道也需要做一些锁操作,因此通道其实并不比锁高效。下面的例子展示套接字的接收和并发管理。对于 TCP 来说,一般是接收过程创建 goroutine 并发处理。当套接字结束时,就要正常退出这些 goroutine。
下面是对各个部分的详细分析。1) 套接字接收部分套接字在连接后,就需要不停地接收数据,代码如下:
1// 套接字接收过程 2func socketRecv(conn net.Conn, exitChan chan string) { 3 4// 创建一个接收的缓冲 5 buff := make([]byte, 1024) 6 7 // 不停地接收数据 8 for { 910 // 从套接字中读取数据11 _, err := conn.Read(buff)1213 // 需要结束接收, 退出循环14 if err != nil {15 break16 }1718 }1920 // 函数已经结束, 发送通知21 exitChan "recv exit"22}
代码说明如下:
第 2 行传入的 net.Conn 是套接字的接口,exitChan 为退出发送同步通道。
第 5 行为套接字的接收数据创建一个缓冲。
第 8 行构建一个接收的循环,不停地接收数据。
第 11 行,从套接字中取出数据。这个例子中,不关注具体接收到的数据,只是关注错误,这里将接收到的字节数做匿名处理。
第 14 行,当套接字调用了 Close 方法时,会触发错误,这时需要结束接收循环。
第 21 行,结束函数时,与函数绑定的 goroutine 会同时结束,此时需要通知 main() 的 goroutine。
2) 连接、关闭、同步 goroutine 主流程部分下面代码中尝试使用套接字的 TCP 协议连接一个网址,连接上后,进行数据接收,等待一段时间后主动关闭套接字,等待套接字所在的 goroutine 自然结束,代码如下:
1func main() { 2 3 // 连接一个地址 4 conn, err := net.Dial("tcp", "www.163.com:80") 5 6 // 发生错误时打印错误退出 7 if err != nil { 8 fmt.Println(err) 9 return10 }1112 // 创建退出通道13 exit := make(chan string)1415 // 并发执行套接字接收16 go socketRecv(conn, exit)1718 // 在接收时, 等待1秒19 time.Sleep(time.Second)2021 // 主动关闭套接字22 conn.Close()2324 // 等待goroutine退出完毕25 fmt.Println(26}
代码说明如下:
第 4 行,使用 net.Dial 发起 TCP 协议的连接,调用函数就会发送阻塞直到连接超时或者连接完成。
第 7 行,如果连接发生错误,将会打印错误并退出。
第 13 行,创建一个通道用于退出信号同步,这个通道会在接收用的 goroutine 中使用。
第 16 行,并发执行接收函数,传入套接字和用于退出通知的通道。
第 19 行,接收需要一个过程,使用 time.Sleep() 等待一段时间。
第 22 行,主动关闭套接字,此时会触发套接字接收错误。
第 25 行,从 exit 通道接收退出数据,也就是等待接收 goroutine 结束。
在这个例子中,goroutine 退出使用通道来通知,这种做法可以解决问题,但是实际上通道中的数据并没有完全使用。3) 优化:使用等待组替代通道简化同步通道的内部实现代码在 Go 语言开发包的 src/runtime/chan.go 中,经过分析后大概了解到通道也是用常见的互斥量等进行同步。因此通道虽然是一个语言级特性,但也不是被神化的特性,通道的运行和使用都要比传统互斥量、等待组(sync.WaitGroup)有一定的消耗。所以在这个例子中,更建议使用等待组来实现同步,调整后的代码如下:
1package main 2 3import ( 4 "fmt" 5 "net" 6 "sync" 7 "time" 8) 910// 套接字接收过程11func socketRecv(conn net.Conn, wg *sync.WaitGroup) {1213 // 创建一个接收的缓冲14 buff := make([]byte, 1024)1516 // 不停地接收数据17 for {1819 // 从套接字中读取数据20 _, err := conn.Read(buff)2122 // 需要结束接收, 退出循环23 if err != nil {24 break25 }2627 }2829 // 函数已经结束, 发送通知30 wg.Done()31}3233func main() {3435 // 连接一个地址36 conn, err := net.Dial("tcp", "www.163.com:80")3738 // 发生错误时打印错误退出39 if err != nil {40 fmt.Println(err)41 return42 }4344 // 退出通道45 var wg sync.WaitGroup4647 // 添加一个任务48 wg.Add(1)4950 // 并发执行接收套接字51 go socketRecv(conn, &wg)5253 // 在接收时, 等待1秒54 time.Sleep(time.Second)5556 // 主动关闭套接字57 conn.Close()5859 // 等待goroutine退出完毕60 wg.Wait()61 fmt.Println("recv done")62}
调整后的代码说明如下:
第 45 行,声明退出同步用的等待组。
第 48 行,为等待组的计数器加 1,表示需要完成一个任务。
第 51 行,将等待组的指针传入接收函数。
第 60 行,等待等待组的完成,完成后打印提示。
第 30 行,接收完成后,使用 wg.Done() 方法将等待组计数器减一。
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