Go語言的并發和并行
不知道你有沒有注意到一個現象，還是這段代碼，如果我跑在兩個goroutines裡面的話:
var quit chan int = make(chan int)
func loop() {
for i := 0; i < 10; i++ {
fmt.Printf("%d ", i)
}
quit <- 0
}
func main() {
// 開兩個goroutine跑函數loop, loop函數負責列印10個數
go loop()
go loop()
for i := 0; i < 2; i++ {
<- quit
}
} 我們觀察下輸出:
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 這是不是有什麼問題？?
以前我們用線程去做類似任務的時候，系統的線程會搶占式地輸出， 表現出來的是亂序地輸出。而goroutine為什麼是這樣輸出的呢？
goroutine是在并行嗎？
我們找個例子測試下:
package main
import "fmt"
import "time"
var quit chan int
func foo(id int) {
fmt.Println(id)
time.Sleep(time.Second) // 停頓一秒
quit <- 0 // 發消息：我執行完啦！
}
func main() {
count := 1000
quit = make(chan int, count) // 緩沖1000個資料
for i := 0; i < count; i++ { //開1000個goroutine
go foo(i)
}
for i :=0 ; i < count; i++ { // 等待所有完成消息發送完畢。
<- quit
}
} 讓我們跑一下這個程式(之是以先編譯再運作，是為了讓程式跑的盡量快,測試結果更好):
go build test.go
time ./test
./test 0.01s user 0.01s system 1% cpu 1.016 total 我們看到，總計用時接近一秒。 貌似并行了！
我們需要首先考慮下什麼是并發, 什麼是并行
并行和并發
從概念上講，并發和并行是不同的, 簡單來說看這個圖檔
- 兩個隊列，一個Coffee機器，那是并發
- 兩個隊列，兩個Coffee機器，那是并行
那麼回到一開始的疑問上，從上面的兩個例子執行後的表現來看，多個goroutine跑loop函數會挨個goroutine去進行，而sleep則是一起執行的。
這是為什麼？
預設地， Go所有的goroutines隻能在一個線程裡跑 。
也就是說， 以上兩個代碼都不是并行的，但是都是是并發的。
如果目前goroutine不發生阻塞，它是不會讓出CPU給其他goroutine的, 是以例子一中的輸出會是一個一個goroutine進行的，而sleep函數則阻塞掉了 目前goroutine, 目前goroutine主動讓其他goroutine執行, 是以形成了邏輯上的并行, 也就是并發。
真正的并行
為了達到真正的并行，我們需要告訴Go我們允許同時最多使用多個核。
回到起初的例子，我們設定最大開2個原生線程, 我們需要用到runtime包(runtime包是goroutine的排程器):
import (
"fmt"
"runtime"
)
var quit chan int = make(chan int)
func loop() {
for i := 0; i < 100; i++ { //為了觀察，跑多些
fmt.Printf("%d ", i)
}
quit <- 0
}
func main() {
runtime.GOMAXPROCS(2) // 最多使用2個核
go loop()
go loop()
for i := 0; i < 2; i++ {
<- quit
}
} 這下會看到兩個goroutine會搶占式地輸出資料了。
我們還可以這樣顯式地讓出CPU時間：
func loop() {
for i := 0; i < 10; i++ {
runtime.Gosched() // 顯式地讓出CPU時間給其他goroutine
fmt.Printf("%d ", i)
}
quit <- 0
}
func main() {
go loop()
go loop()
for i := 0; i < 2; i++ {
<- quit
}
} 觀察下結果會看到這樣有規律的輸出:
0 0 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7 8 8 9 9 其實，這種主動讓出CPU時間的方式仍然是在單核裡跑。但手工地切換goroutine導緻了看上去的“并行”。
runtime排程器
runtime排程器是個很神奇的東西，但是我真是但願它不存在，我希望顯式排程能更為自然些，多核處理預設開啟。
關于runtime包幾個函數:
- Gosched 讓出cpu
- NumCPU 傳回目前系統的CPU核數量
- GOMAXPROCS 設定最大的可同時使用的CPU核數
- Goexit 退出目前goroutine(但是defer語句會照常執行)
總結
我們從例子中可以看到，預設的, 所有goroutine會在一個原生線程裡跑，也就是隻使用了一個CPU核。
在同一個原生線程裡，如果目前goroutine不發生阻塞，它是不會讓出CPU時間給其他同線程的goroutines的，這是Go運作時對goroutine的排程，我們也可以使用runtime包來手工排程。
本文開頭的兩個例子都是限制在單核CPU裡執行的，所有的goroutines跑在一個線程裡面，分析如下:
- 對于代碼例子一（loop函數的那個），每個goroutine沒有發生堵塞(直到quit流入資料), 是以在quit之前每個goroutine不會主動讓出CPU，也就發生了串行列印
- 對于代碼例子二（time的那個），每個goroutine在sleep被調用的時候會阻塞，讓出CPU, 是以例子二并發執行。