Go语言中的并发goroutine底层原理

目录

• 一、基本概念
• ①并发、并行区分
• ②从用户态线程,内核态线程阐述go与java并发的优劣
• ②高并发为什么是Go语言强项？
• ③Go语言实现高并发底层GMP模型原理解析
• 二、上代码学会Go语言并发
• ①.开启一个简单的线程
• ②.动态的关闭线程

一、基本概念

①并发、并行区分

1.概念

• 并发：同一时间段内一个对象执行多个任务,充分利用时间
• 并行：同一时刻,多个对象执行多个任务

2.图解

类似于超市柜台结账,并行是多个柜台结多个队列,在计算机中是多核cpu处理多个go语言开启的线程,并发是一个柜台结账多个队列,在计算机中就是单核cpu处理多个任务,抢夺时间片.

②从用户态线程,内核态线程阐述go与java并发的优劣

1.用户态线程、内核态线程差异

• 用户态：只能受限制的访问内存,且不允许访问外围设备,占用CPU资源可以被其他程序抢走。
• 内核态：CPU可以访问内存所有数据,包括外围设备,例如硬盘网卡等,cpu可以将自己从一个程序切换到另一个程序

2.java与go并发差异：

java:

• java没有规定具体使用什么线程,而是在不同形态的线程上进行切换,会耗费相当的资源
• go是用户态线程,资源耗费较少，一个线程的栈体默认为1M，并且需要运行在JVM上

go:

• go语言并发通过,goroutine实现，属于用户态的线程,可以根据需要创建成千上万个goroutine，每个goroutine占用内存大小会根据需要动态生成,典型的大小为2kB可以按需求放大到1GB，在go语言中一次可以轻松创建十万左右的goroutine,并且不依赖运行环境。

②高并发为什么是Go语言强项？

1.历史背景

Go语言产生较晚,在其产生之前就已经有了多核cpu，所以设计者的理念就是将这门新的语言使用到多核cpu上支持更大数量级的并发

2.自身原因

Go语言多并发底层实现使用的是协程,他占有更少的资源具有更快的执行速度,占用的资源还会根据 任务量进行扩大或者缩小

③Go语言实现高并发底层GMP模型原理解析

1. G：
G是Goroutine的缩写，在这里就是Goroutine的控制结构，是对Goroutine的抽象。其中包括执行的函数指令及参数；G保存的任务对象；线程上下文切换，现场保护和现场恢复需要的寄存器(SP、IP)等信息。在 Go 语言中使用 runtime.g 结构表示。

2. M:

表示操作系统线程也可以称为内核线程，由操作系统调度以及管理，调度器最多可以创建 10000 个线程，在 Go 语言中使用 runtime.m 结构表示。（用户线程与内核线程的映射关系）

3. P:

调度各个goroutine，使他们之间协调运行逻辑处理器，但不代表真正的CPU的数量，真正决定并发程度的是P，初始化的时候一般会去读取GOMAXPROCS对应的值，如果没有显示设置，则会读取默认值，在Go1.5之后GOMAXPROCS被默认设置可用的核数，而之前则默认为1，在 Go 语言中使用 runtime.p 结构表示。

4.指定cpu线程个数

通过runtime.GOMAXPROCS()，可以指定P的个数,如果没有指定则默认跑满整个cpu

二、上代码学会Go语言并发

①.开启一个简单的线程

开启线程使用go+函数，以下案例要认识到开启多线程使用函数闭包可能会出现的问题

1.使用匿名函数开启线程

//打印1-1000
    for i := 0; i < 1000; i++ {
        go func() {
            fmt.Println(i)
        }()
    }
//这里使用了函数闭包
/*
打印结果
    995
    995
    995
    996
    996
    999
    1000
    1000
*/

2.出问题的原理：

匿名函数进行操作时会将当前环境内的变量进行闭包,由于启动线程需要一定时间在启动线程的时候i进行了改变所以打印的时候会有许多值相同

②.动态的关闭线程

1.为什么需要进行动态的关闭线程？

在Go语言中如果不进行动态的关闭线程,那么有可能在子线程没有执行结束主线程就结束了，那样的话会有 程序安全隐患,所以主线程不可以直接结束,应作为后盾，直到所有线程都结束了才可以结束。

2.使用waitGroup

 waitGroup有三个方法常用：

• waitGroup.Add（）：使用wait计数器记1次数//将创建的线程数传进去
•  waitGroup.Done（）：wait计数器减1(放在被开启线程的函数内)
• waitGroup.Wait（）：阻塞等待wait计数器值为零（放在主线程内）

defer是在函数主体执行完的时候执行的代码（可理解为延时执行）

代码如下：

package main

import (
    "fmt"
    "math/rand"
    "sync"
    "time"
)
// 定义一个waitGroup结构体变量
var wg sync.WaitGroup

func f(i int) {
    // 等到函数执行完毕,会将waitGroup内的计数器减一
    defer wg.Done()
    rand.Seed(time.Now().UnixNano())
    time.Sleep(time.Duration(rand.Intn(3)) * time.Second)
    fmt.Println(i)
}
func main() {
    for i := 0; i < 100; i++ {
        // 开启一个线程就使用waitGroup记一次数
        wg.Add(1)
        go f(i)
    }
    // 阻塞等待waitGroup计数器为0
    wg.Wait()
    fmt.Println("hello")
}

总结：
Go语言的高并发奠定了其未来在高级语言中的地位,越来越多的用户加入互联网需要一个支持高并发语言的支持,亿万级电商秒杀,亿万级游戏用户同时在线都离不开这样的语言,所以Go语言一直被游戏后端、web后端项目开发者青睐。

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