15分钟学 Go 第 47 天 ：并发进阶——深入了解Go语言的并发模型！

第47天的学习：并发进阶——深入了解Go语言的并发模型！

目录

1. Go并发模型简介
2. Goroutines深度讲解
3. Channels的进阶使用
4. Select语句详解
5. 并发模型设计模式
6. 实战案例分析
7. 常见问题与解决方案

1. Go并发模型简介

Go语言以其内置的并发支持而闻名。通过轻量级的goroutine和强大的channel，Go提供了一种易于使用且高效的并发编程方法。

并发与并行的区别：

• 并发：处理多件事情的能力，但不一定同时。
• 并行：同一时刻处理多件事情。

2. Goroutines深度讲解

Goroutine是Go语言的基本单位，它比传统线程更轻量。

创建Goroutine

package main

import (
"fmt"
"time"
)

func say(s string) {
for i := 0; i < 5; i++ {
fmt.Println(s)
time.Sleep(100 * time.Millisecond)
}
}

func main() {
go say("world")
say("hello")
}

运行流程图

main()
  ├─ goroutine A : say("world")
  └─ goroutine B : say("hello")

Goroutine的特点

• 启动goroutine使用 go 关键字。
• 不阻塞当前程序的运行。
• 实际调度由Go运行时处理。

3. Channels的进阶使用

Channels用于goroutines之间的通信。它们是类型安全的管道。

Channel的基本操作

package main

import (
"fmt"
)

func sum(s []int, c chan int) {
sum := 0
for _, v := range s {
sum += v
}
c <- sum
}

func main() {
s := []int{7, 2, 8, -9, 4, 0}

c := make(chan int)
go sum(s[:len(s)/2], c)
go sum(s[len(s)/2:], c)

x, y := <-c, <-c
fmt.Println(x, y, x+y)
}

Channel类型

• 无缓冲Channel：通信是同步的。
• 缓冲Channel：可以异步通信。

市场管理员求和的例子

• **设想场景：**市场末端有多个传感器会自动将商品数量推送到中央系统，由系统统计总和。

操作	解释
创建Channel	c := make(chan int)
发送数据	c <- x（在goroutine中执行）
接收数据	x := <-c

4. Select语句详解

select 语句类似于 switch ，但用于Channels操作。

package main

import (
"fmt"
"time"
)

func fibonacci(c, quit chan int) {
x, y := 0, 1
for {
select {
case c <- x:
x, y = y, x+y
case <-quit:
fmt.Println("quit")
return
}
}
}

func main() {
c := make(chan int)
quit := make(chan int)

go func() {
for i := 0; i < 10; i++ {
fmt.Println(<-c)
}
quit <- 0
}()
fibonacci(c, quit)
}

作用：

• 多路复用：监听多个Channel。
• 处理超时：结合time.After实现超时控制。

5. 并发模型设计模式

工作池模型

用于限制同时运行的goroutines数目。

package main

import (
"fmt"
"time"
)

func worker(id int, jobs <-chan int, results chan<- int) {
for j := range jobs {
fmt.Printf("worker %d started job %d\n", id, j)
time.Sleep(time.Second)
fmt.Printf("worker %d finished job %d\n", id, j)
results <- j * 2
}
}

func main() {
const numJobs = 5
jobs := make(chan int, numJobs)
results := make(chan int, numJobs)

for w := 1; w <= 3; w++ {
go worker(w, jobs, results)
}

for j := 1; j <= numJobs; j++ {
jobs <- j
}
close(jobs)

for a := 1; a <= numJobs; a++ {
<-results
}
}

Pipeline模式

用于串联多个处理阶段。

package main

import (
"fmt"
)

func gen(nums ...int) <-chan int {
out := make(chan int)
go func() {
for _, n := range nums {
out <- n
}
close(out)
}()
return out
}

func sq(in <-chan int) <-chan int {
out := make(chan int)
go func() {
for n := range in {
out <- n * n
}
close(out)
}()
return out
}

func main() {
c := gen(2, 3, 4)
out := sq(c)

for n := range out {
fmt.Println(n)
}
}

6. 实战案例分析

为了进一步巩固理解，我们来看一个具体的并发应用示例。

案例：并发Web爬虫

• 目标：使用并发从多个URL抓取页面标题。

package main

import (
"fmt"
"net/http"
"io/ioutil"
"regexp"
"time"
)

func fetch(url string, ch chan<- string) {
start := time.Now()
resp, err := http.Get(url)
if err != nil {
ch <- fmt.Sprintf("Error: %s", err)
return
}
defer resp.Body.Close()

body, err := ioutil.ReadAll(resp.Body)
if err != nil {
ch <- fmt.Sprintf("Error reading body: %s", err)
return
}

re := regexp.MustCompile("<title>(.*?)</title>")
matches := re.FindStringSubmatch(string(body))
title := "No title found"
if len(matches) > 1 {
title = matches[1]
}

secs := time.Since(start).Seconds()
ch <- fmt.Sprintf("%.2f seconds: %s", secs, title)
}

func main() {
urls := []string{
"https://golang.org",
"https://godoc.org",
"https://gopl.io",
"https://play.golang.org",
}

ch := make(chan string)
for _, url := range urls {
go fetch(url, ch)
}

for range urls {
fmt.Println(<-ch)
}
}

7. 常见问题与解决方案

在学习并发时，你可能会遇到以下问题：

死锁问题

• 原因：两个goroutine相互等待对方释放资源。
• 解决方法：确保总是有一个goroutine能继续推进。

资源竞争

• 原因：多个goroutine试图同时访问同一个资源。
• 解决方法：使用channel同步，或者使用sync.Mutex。

Goroutine泄漏

• 原因：goroutine等待无法到达的事件。
• 解决方法：确保所有channels都能正确关闭。

总结

今天我们深入探讨了Go语言的并发模型。理解如何有效地创建和管理Goroutines和Channels是写出高效并发程序的关键。通过示例代码和设计模式，你学会了如何利用Go的并发特性来解决复杂的问题。

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