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21 - 协程
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上一节：[第十六篇 结构体](/docs/golang_tutorial_16.md)
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下一节：[第十八篇 接口一](/docs/golang_tutorial_18.md)
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这是本Golang系列教程的第21篇。
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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。
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## 什么是协程？
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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。
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## Go协程对比线程的优点
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* 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。
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* 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。
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* 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。
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## 如何创建一个协程？
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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。
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让我们创建一个协程：
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```golang
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package main
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import (
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"fmt"
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)
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func hello() {
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fmt.Println("Hello world goroutine")
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}
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func main() {
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go hello()
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fmt.Println("main function")
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}
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```
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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。
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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`。
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**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。**
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* 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。
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* 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。
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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`。
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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。
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让我们修复这个问题：
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```golang
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package main
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import (
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"fmt"
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"time"
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)
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func hello() {
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fmt.Println("Hello world goroutine")
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}
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func main() {
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go hello()
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time.Sleep(1 * time.Second)
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fmt.Println("main function")
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}
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```
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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`。
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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。
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## 开启多个协程
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让我们写一个程序开启多个协程来更好的理解协程。
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```golang
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package main
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import (
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"fmt"
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"time"
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)
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func numbers() {
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for i := 1; i <= 5; i++ {
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time.Sleep(250 * time.Millisecond)
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fmt.Printf("%d ", i)
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}
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}
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func alphabets() {
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for i := 'a'; i <= 'e'; i++ {
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time.Sleep(400 * time.Millisecond)
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fmt.Printf("%c ", i)
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}
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}
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func main() {
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go numbers()
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go alphabets()
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time.Sleep(3000 * time.Millisecond)
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fmt.Println("main terminated")
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}
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```
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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。
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程序的输出为：
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```golang
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1 a 2 3 b 4 c 5 d e main terminated
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```
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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：）
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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。
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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。
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Go协程的介绍就到这里。祝你有美好的一天！
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希望你喜欢阅读。请留下宝贵的意见和反馈:) |
