21 - 协程 ======================== 上一节:[第十六篇 结构体](/docs/golang_tutorial_16.md) 下一节:[第十八篇 接口一](/docs/golang_tutorial_18.md) 这是本Golang系列教程的第21篇。 在上一篇教程中,我们讨论了并发,以及并发和并行的区别。在这篇教程中我们将讨论在Go中如何通过Go协程实现并发。 ## 什么是协程? Go协程(`Goroutine`)是与其他[函数](/docs/golang_tutorial_6.md)或[方法](/docs/golang_tutorial_17.md)同时运行的函数或方法。可以认为Go协程是轻量级的线程。与创建线程相比,创建Go协程的成本很小。因此在Go中同时运行上千个协程是很常见的。 ## Go协程对比线程的优点 * 与线程相比,Go协程的开销非常小。Go协程的堆栈大小只有几kb,它可以根据应用程序的需要而增长和缩小,而线程必须指定堆栈的大小,并且堆栈的大小是固定的。 * Go协程被多路复用到较少的OS线程。在一个程序中数千个Go协程可能只运行在一个线程中。如果该线程中的任何一个Go协程阻塞(比如等待用户输入),那么Go会创建一个新的OS线程并将其余的Go协程移动到这个新的OS线程。所有这些操作都是 runtime 来完成的,而我们程序员不必关心这些复杂的细节,只需要利用 Go 提供的简洁的 API 来处理并发就可以了。 * Go 协程之间通过信道(`channel`)进行通信。信道可以防止多个协程访问共享内存时发生竟险(race condition)。信道可以想象成多个协程之间通信的管道。我们将在下一篇教程中介绍信道。 ## 如何创建一个协程? 在函数或方法调用之前加上关键字 `go`,这样便开启了一个并发的Go协程。 让我们创建一个协程: ```golang package main import ( "fmt" ) func hello() { fmt.Println("Hello world goroutine") } func main() { go hello() fmt.Println("main function") } ``` 第11行,`go hello()` 开启了一个新的协程。现在 `hello()` 函数将和 `main()` 函数一起运行。`main` 函数在单独的协程中运行,这个协程称为主协程。 运行这个程序,你将得到一个惊喜。程序仅输出了一行文本: `main function`。 **我们创建的协程发生了什么?我们需要了解Go协程的两个属性,以了解为什么发生这种情况。** * 当创建一个Go协程时,创建这个Go协程的语句立即返回。与函数不同,程序流程不会等待Go协程结束再继续执行。程序流程在开启Go协程后立即返回并开始执行下一行代码,忽略Go协程的任何返回值。 * 在主协程存在时才能运行其他协程,主协程终止则程序终止,其他协程也将终止。 我想你已经知道了为什么我们的协程为什么没有运行。在11行调用 `go hello()`后,程序的流程直接调转到下一条语句执行,并没有等待 `hello` 协程退出,然后打印 `main function`。 接着主协程结束运行,不会再执行任何代码,因此 `hello` 协程没有得到运行的机会。 让我们修复这个问题: ```golang package main import ( "fmt" "time" ) func hello() { fmt.Println("Hello world goroutine") } func main() { go hello() time.Sleep(1 * time.Second) fmt.Println("main function") } ``` 上面的程序中,第13行,我们调用 `time` 包的 `Sleep` 函数来使调用该函数所在的协程休眠。在这里是让主协程休眠1秒钟。现在调用 `go hello()` 有了足够的时间得以在主协程退出之前执行。该程序首先打印 `Hello world goroutine`,等待1秒钟之后打印 `main function`。 在主协程中使用 `Sleep` 函数等待其他协程结束的方法是不正规的,我们用在这里只是为了说明**Go协程**是如何工作的。信道可以用于阻塞主协程,直到其他协程执行完毕。我们将在下一篇教程中讨论信道。 ## 开启多个协程 让我们写一个程序开启多个协程来更好的理解协程。 ```golang package main import ( "fmt" "time" ) func numbers() { for i := 1; i <= 5; i++ { time.Sleep(250 * time.Millisecond) fmt.Printf("%d ", i) } } func alphabets() { for i := 'a'; i <= 'e'; i++ { time.Sleep(400 * time.Millisecond) fmt.Printf("%c ", i) } } func main() { go numbers() go alphabets() time.Sleep(3000 * time.Millisecond) fmt.Println("main terminated") } ``` 上面的程序在第21和22行开启了两个协程。现在这两个协程同时执行。`numbers` 协程最初睡眠 `250` 毫秒,然后打印 `1`,接着再次睡眠然后打印`2`,以此类推,直到打印到 `5`。类似地,`alphabets` 协程打印从 `a` 到 `e` 的字母,每个字母之间相隔 `400` 毫秒。主协程开启 `numbers` 和 `alphabets` 协程,等待 `3000` 毫秒,最后终止。 程序的输出为: ```golang 1 a 2 3 b 4 c 5 d e main terminated ``` 下面的图片描述了这个程序是如何工作的,请在新的标签中打开图像以获得更好的效果:) ![Goroutines-explained](../images/Goroutines-explained.png) 上图中,**蓝色**的线框表示 `numbers` 协程,**栗色**的线框表示 `alphabets` 协程。**绿色**的线框表示主协程。**黑色**的线框合并了上述三个协程,向我们展示了该程序的工作原理。每个框顶部的 `0ms`,`250 ms` 的字符串表示以**毫秒**为单位的时间,在每个框底部的 `1`,`2`,`3` 表示输出。 蓝色的线框告诉我们在 250ms 的时候打印了`1`,在 `500ms` 的时候打印了`2`,以此类推。因此最后一个线框底部的输出:`1 a 2 3 b 4 c 5 d e main terminated` 也是整个程序的输出。上面的图像是很好理解的,您将能够了解该程序的工作原理。 Go协程的介绍就到这里。祝你有美好的一天! 希望你喜欢阅读。请留下宝贵的意见和反馈:)