Go语言之并发编程
执行体是个抽象的概念，在操作系统层面有多个概念与之对应，比如操作系统自己掌管的
进程（process）、进程内的线程（thread）以及进程内的协程（coroutine，也叫轻量级线程）。与
传统的系统级线程和进程相比，协程的最大优势在于其“轻量级”，可以轻松创建上百万个而不
会导致系统资源衰竭，而线程和进程通常最多也不能超过1万个。这也是协程也叫轻量级线程的
原因。
多数语言在语法层面并不直接支持协程，而是通过库的方式支持，但用库的方式支持的功能
也并不完整，比如仅仅提供轻量级线程的创建、销毁与切换等能力。如果在这样的轻量级线程中
调用一个同步 IO 操作，比如网络通信、本地文件读写，都会阻塞其他的并发执行轻量级线程，
从而无法真正达到轻量级线程本身期望达到的目标。
Go 语言在语言级别支持轻量级线程，叫goroutine。Go 语言标准库提供的所有系统调用操作
（当然也包括所有同步 IO 操作），都会出让 CPU 给其他goroutine。这让事情变得非常简单，让轻
量级线程的切换管理不依赖于系统的线程和进程，也不依赖于CPU的核心数量。
<ul><li><span style="color: rgb(243, 59, 69);">goroutine</span></li></ul>
goroutine是Go语言中的轻量级线程实现，由Go运行时（runtime）管理。你将会发现，它的
使用出人意料得简单。
假设我们需要实现一个函数 Add() ，它把两个参数相加，并将结果打印到屏幕上，具体代码
如下：
func Add(x, y int) {
z := x y
fmt.Println(z)
}
那么，如何让这个函数并发执行呢?具体代码如下：
go Add(1, 1)
是不是很简单?
你应该已经猜到，“go”这个单词是关键。与普通的函数调用相比，这也是唯一的区别。的
确， go 是Go语言中最重要的关键字，这一点从Go语言本身的命名即可看出。
在一个函数调用前加上 go 关键字，这次调用就会在一个新的goroutine中并发执行。当被调用
的函数返回时，这个goroutine也自动结束了。需要注意的是，如果这个函数有返回值，那么这个
返回值会被丢弃。
好了，现在让我们动手试一下吧，还是刚才 Add() 函数的例子，具体的代码如代码清单4-1
所示。
代码清单4-1 add.go
package main
import "fmt"
func Add(x, y int) {
z := x y
fmt.Println(z)
}
func main() {
for i := 0; i < 10; i {
go Add(i, i)
}
}
在上面的代码里，我们在一个 for 循环中调用了10次 Add() 函数，它们是并发执行的。可是
当你编译执行了上面的代码，就会发现一些奇怪的现象：
“什么？！屏幕上什么都没有，程序没有正常工作！”
是什么原因呢？明明调用了10次 Add() ，应该有10次屏幕输出才对。要解释这个现象，就涉
及Go语言的程序执行机制了。
Go程序从初始化 main package 并执行 main() 函数开始，当 main() 函数返回时，程序退出，
且程序并不等待其他goroutine（非主goroutine）结束。
对于上面的例子，主函数启动了10个goroutine，然后返回，这时程序就退出了，而被启动的
执行 Add(i, i) 的goroutine没有来得及执行，所以程序没有任何输出。
OK，问题找到了，怎么解决呢？提到这一点，估计写过多线程程序的读者就已经恍然大悟，
并且摩拳擦掌地准备使用类似 WaitForSingleObject 之类的调用，或者写个自己很拿手的忙等
待或者稍微先进一些的 sleep 循环等待来等待所有线程执行完毕。
在Go语言中有自己推荐的方式，它要比这些方法都优雅得多。
要让主函数等待所有goroutine退出后再返回，如何知道goroutine都退出了呢?这就引出了多个
goroutine之间通信的问题。下一节我们将主要解决这个问题。
<ul><li><span style="color: rgb(243, 59, 69);">并发通信</span></li></ul>
从上面的例子中可以看到，关键字 go 的引入使得在Go语言中并发编程变得简单而优雅，但
我们同时也应该意识到并发编程的原生复杂性，并时刻对并发中容易出现的问题保持警惕。别忘
了，我们的例子还不能正常工作呢。
事实上，不管是什么平台，什么编程语言，不管在哪，并发都是一个大话题。话题大小通常
也直接对应于问题的大小。并发编程的难度在于协调，而协调就要通过交流。从这个角度看来，
图灵社区会员 soooldier(soooldier@live.com) 专享 尊重版权
92 第 4章 并发编程
并发单元间的通信是最大的问题。
在工程上，有两种最常见的并发通信模型：共享数据和消息。
共享数据是指多个并发单元分别保持对同一个数据的引用，实现对该数据的共享。被共享的
数据可能有多种形式，比如内存数据块、磁盘文件、网络数据等。在实际工程应用中最常见的无
疑是内存了，也就是常说的共享内存。
先看看我们在C语言中通常是怎么处理线程间数据共享的，如代码清单4-2所示。
代码清单4-2 thread.c
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <pthread.h>
void *count();
pthread_mutex_t mutex1 = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
int counter = 0;
main()
{
int rc1, rc2;
pthread_t thread1, thread2;
/* 创建线程，每个线程独立执行函数functionC */
if((rc1 = pthread_create(&thread1, NULL, &add, NULL)))
{
printf("Thread creation failed: %d\n", rc1);
}
if((rc2 = pthread_create(&thread2, NULL, &add, NULL)))
{
printf("Thread creation failed: %d\n", rc2);
}
/* 等待所有线程执行完毕 */
pthread_join( thread1, NULL);
pthread_join( thread2, NULL);
exit(0);
}
void *count()
{
pthread_mutex_lock( &mutex1 );
counter ;
printf("Counter value: %d\n",counter);
pthread_mutex_unlock( &mutex1 );
}
现在我们尝试将这段C语言代码直接翻译为Go语言代码
package main
import "fmt"
import "sync"
import "runtime"
var counter int = 0
func Count(lock *sync.Mutex) {
lock.Lock()
counter
fmt.Println(z)
lock.Unlock()
}
func main() {
lock := &sync.Mutex{}
for i := 0; i < 10; i {
go Count(lock)
}
for {
lock.Lock()
c := counter
lock.Unlock()
runtime.Gosched()
if c >= 10 {
break
}
}
}
此时这个例子终于可以正常工作了。
在上面的例子中，我们在10个goroutine中共享了变量 counter 。每个goroutine执行完成后，
将 counter 的值加1。因为10个goroutine是并发执行的，所以我们还引入了锁，也就是代码中的
lock 变量。每次对 n 的操作，都要先将锁锁住，操作完成后，再将锁打开。在主函数中，使用 for
循环来不断检查 counter 的值（同样需要加锁）。当其值达到10时，说明所有goroutine都执行完
毕了，这时主函数返回，程序退出。
事情好像开始变得糟糕了。实现一个如此简单的功能，却写出如此臃肿而且难以理解的代码。
想象一下，在一个大的系统中具有无数的锁、无数的共享变量、无数的业务逻辑与错误处理分
支，那将是一场噩梦。这噩梦就是众多C/C 开发者正在经历的，其实Java和C#开发者也好不到
哪里去。
Go语言既然以并发编程作为语言的最核心优势，当然不至于将这样的问题用这么无奈的方
并发编程
式来解决。Go语言提供的是另一种通信模型，即以消息机制而非共享内存作为通信方式。
消息机制认为每个并发单元是自包含的、独立的个体，并且都有自己的变量，但在不同并发
单元间这些变量不共享。每个并发单元的输入和输出只有一种，那就是消息。这有点类似于进程
的概念，每个进程不会被其他进程打扰，它只做好自己的工作就可以了。不同进程间靠消息来通
信，它们不会共享内存。
Go语言提供的消息通信机制被称为channel，接下来我们将详细介绍channel。现在，让我们
用Go语言社区的那句著名的口号来结束这一小节：
“不要通过共享内存来通信，而应该通过通信来共享内存。”
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