淺談并發、行程通信方式、Go協程三者的簡單應用場景

一、概念

(1)并發的概念及其重要性

在早期，CPU都是以單核的形式順序執行機器指令，Go語言的祖先C語言正是這種順序編程語言的代表，順序編程語言中的順序是指：所有的指令都是以串行的方式執行，在相同的時刻有且僅有一個CPU在順序執行程式的指令，

隨著處理器技術的發展，單核時代以提升處理器頻率來提高運行效率的方式遇到了瓶頸，目前各種主流的CPU頻率基本被鎖定在了3GHZ附近，單核CPU的發展的停滯，給多核CPU的發展帶來了機遇，相應地，編程語言也開始逐步向并行化的方向發展，Go語言正是在多核和網路化的時代背景下誕生的原生支持并發的編程語言，

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并發：并發程式指同時進行多個任務的程式，在作業系統中，是指一個時間段中有幾個程式都處于已啟動運行到運行完畢之間，且這幾個程式都是在同一個處理機上運行，但任一個時刻點上只有一個程式在處理機上運行，

(2)執行緒和協程概念的概念及其重要性

執行緒：執行緒是作業系統能夠進行運算調度的最小單位，一個行程可以包含多個執行緒，是行程中的實際運作單位，

協程：又稱微執行緒，協程是一種用戶態的輕量級執行緒，協程擁有自己的暫存器背景關系和堆疊，協程調度切換時，將暫存器背景關系和堆疊保存到其他地方，在切回來的時候，恢復先前保存的暫存器背景關系和堆疊，

為什么會誕生協程？

雖然多執行緒在前互聯網世代已經足夠使用，但是執行緒的局限性也比較明顯,執行緒數量有限，一般不會很多,執行緒占據的資源通常比我們需要的多得多，造成浪費,每個系統級執行緒開辟都會占用空間，這個空間可能是MB級別，但是我們如果使用的執行緒只需要傳遞KB級別資料，那么執行緒看起來就會比較浪費，但是又不可避免，而且執行緒之間的切換也會占用一些額外開銷，為了解決上面的矛盾問題，協程誕生了：更小的資源開支，動態調配資源，比執行緒更輕量，

協程的一些優點：

因為子程式切換不是執行緒切換，而是由程式自身控制，因此，沒有執行緒切換的開銷，和多執行緒比，執行緒數量越多，協程的性能優勢就越明顯，
不需要多執行緒的鎖機制，因為只有一個執行緒，也不存在同時寫變數沖突，在協程中控制共享資源不加鎖，只需要判斷狀態就好了，所以執行效率比多執行緒高很多，

二、行程通信方式

1. 管道/匿名管道(pipe)：管道的實質是一個內核緩沖區
2. 有名管道(FIFO)：先進先出(first in first out)，以有名管道的檔案形式存在于檔案系統中
3. 信號(Signal) ：無需知道該行程的狀態、阻塞行程、異步通信
4. 訊息佇列(Message Queue)：放在內核中的訊息鏈表，允許一個或多個行程向它寫入與讀取訊息，克服了信號承載資訊量少缺陷，目前主要有兩種型別的訊息佇列：POSIX訊息佇列以及SystemV訊息佇列，系統V訊息佇列目前被大量使用，
5. 共享記憶體(share memory)：使得多個行程可以可以直接讀寫同一塊記憶體空間，是最快的可用IPC形式，由于多個行程共享一段記憶體，因此需要依靠某種同步機制（如信號量）來達到行程間的同步及互斥
6. 信號量(semaphore)：信號量是一個計數器，用于多行程對共享資料的訪問，信號量的意圖在于行程間同步只能通過兩個標準原子操作：wait(semap)
   , signal(semap)，進行訪問信號量是非負整型變數操作也被成為PV原語（P來源于荷蘭語proberen"測驗"，V來源于荷蘭語verhogen"增加"，P表示通過的意思，V表示釋放的意思），
7. 套接字(socket) ：套接字是支持TCP/IP的網路通信的基本操作單元，套接字的特性由3個屬性確定，它們分別是：域、埠號、協議型別，

信號量與互斥量之間的區別：
（1）互斥量用于執行緒的互斥，信號量用于執行緒的同步，這是互斥量和信號量的根本區別，也就是互斥和同步之間的區別，

互斥：是指某一資源同時只允許一個訪問者對其進行訪問，具有唯一性和排它性，但互斥無法限制訪問者對資源的訪問順序，即訪問是無序的，

同步：是指在互斥的基礎上（大多數情況），通過其它機制實作訪問者對資源的有序訪問，
在大多數情況下，同步已經實作了互斥，特別是所有寫入資源的情況必定是互斥的，少數情況是指可以允許多個訪問者同時訪問資源

（2）互斥量值只能為0/1，信號量值可以為非負整數，
也就是說，一個互斥量只能用于一個資源的互斥訪問，它不能實作多個資源的多執行緒互斥問題，信號量可以實作多個同類資源的多執行緒互斥和同步，當信號量為單值信號量是，也可以完成一個資源的互斥訪問，
（3）互斥量的加鎖和解鎖必須由同一執行緒分別對應使用，信號量可以由一個執行緒釋放，另一個執行緒得到，

三、Go協程通訊使用

基本上就是推薦使用channel，這個是最推薦的使用形式；

還有就是使用sync.Mutex互斥鎖進行加鎖通訊；

四、Go使用協程一些應用場景

進行互不相干的『回圈』，需要等待結果計算,這種情況下，一般是不同『資料集合』需要進行『處理』，在處理的程序中兩個資料集合對『結果』造成的影響沒有時序行；

這種情況下，完全可以采用兩個資料單獨進行協程處理然后再進行后續運算；

// 偽代碼
var result, data1, data2 int32
done1 := make(chan bool)
done2 := make(chan bool)
// 第一個資料集合，需要求和
go func() {
    for _, val := range dataset1 {
        data1 += val
    }
    done1 <- true
}

// 第二個資料集合，需要求和
go func() {
    for _, val := range dataset2 {
        data2 += val
    }
    done2 <- true
}

// 等待協程完成運算
<-done1
<-done2

// 結果進行相加
result = data1 + data2

2、需要額外進其他不相干的業務，不耽誤『主協程』的回傳值，不等待
一般有些業務處理以后，有些『額外作業』需要處理但是不耽誤主協程回傳資料，這個時候就可以開個協程去做，不用等待

// 偽代碼

result, err := processMethod()
if err != nil {
    .....
}
// 需要對結果進行寫快取等其他操作，不耽誤資料回傳
go func() {
    err = saveRedis(result)
    if err != nil {
    	.....
	}
}

return result

3、對某些任務進行時間限制，『超時關閉』當前操作
例如，通過管道channel發送某些資料，若超時則自動放棄本次發送，關閉通道，

// 定義兩個有緩沖通道，容量分別為1
c1 := make(chan string, 1) 
c2 := make(chan string, 1)

go func() {                     
    time.Sleep(time.Second * 1) // 隔1秒發送資料
    c1 <- "data1"        
}()

go func() {
    time.Sleep(time.Second * 6) // 隔6秒發送資料
    c2 <- "data2"             
}()

for i := 0; i < 2; i++ {    
    // 給通道創建容忍時間，如果5s內無法讀寫，就即刻回傳
    tm := time.NewTimer(time.Second * 5) 
    // 使用select來獲取這兩個通道的值，然后輸出
    select {
        case data1 := <-c1:          // 接收c1通道資料（消費資料）
        	fmt.Println(msg1)
        case data2 := <-c2:          // 接收c2通道資料（消費資料）
        	fmt.Println(msg2)
        case <-tm.C:
        	fmt.Println("timeout!")
    }
}

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