深入解析golang中的goroutine并发与并行 哥伦布曾经说过:“一个鸡蛋如果被压碎是毫无价值的,但如果被孵化,它便能孕育出一只孔雀。” 这话同样也适用于goroutine。goroutine是Go语言并发编程的核心之一,是Go语言的一个重要特性。goroutine的高效和轻量级,就像一个孵化出了孔雀的鸡蛋。本文将深入探讨go语言中的goroutine并发与并行。 什么是goroutine? 在Go语言中,goroutine是一种轻量级的线程,它由Go运行时管理,在一个进程中可以有多个goroutines,而且它们可以同时并发运行。与操作系统线程不同的是,goroutine由Go运行时自动管理,也就是说,开发者不需要手动创建和销毁goroutine,只需要通过关键字go来启动一个goroutine,让它并发地执行指定的函数。 如下所示: ``` func main() { go func() { fmt.Println("hello, goroutine") }() fmt.Println("hello, main") } ``` 在这个例子中,我们通过关键字go启动了一个新的goroutine去执行func()里面的代码块。同时,main函数自己也在执行它自己的代码块。这样,我们就创建了两个并发执行的goroutine,其中一个是main函数自己,另一个是我们通过关键字go创建的goroutine。在这个例子中,我们可以看到,main函数并没有等待goroutine执行完毕再退出,而是直接退出了。这是因为,当一个程序退出时,它会直接杀死它所有的goroutine,不会等待它们执行完毕。 goroutine的优势 1. 轻量级 每个goroutine只占用了少量的内存,一个程序可以创建成千上万个goroutine都不会导致系统崩溃或运行缓慢。 2. 可以并发执行 由于goroutine是轻量级的线程,因此可以创建大量的goroutine来同时执行任务,可以提高程序的运行效率和响应速度。 3. 自动管理 Go运行时系统会自动管理和调度goroutine,不需要程序员手动参与管理,大大简化了并发编程的复杂度。 goroutine的实现原理 goroutine是通过线程来实现的,但与标准的线程不同的是,一个操作系统线程可以对应多个goroutine。在Go语言中,系统线程和goroutine并不是一一对应的,而是由Go的运行时系统来调度和管理。当一个goroutine因为等待IO等原因被阻塞时,Go运行时系统会自动将其与调度器中的其他goroutine切换,等待其他goroutine执行完毕后再切换回来继续执行。 goroutine的实现是基于协程的,协程是一种轻量级的用户态线程,可以在单个线程中实现并发执行。goroutine是运行在协程之上的。Go的运行时系统会为每个线程分配一个固定大小的栈(一般为2KB),用于存储函数调用状态等相关信息。当一个goroutine启动时,运行时系统会为其分配一个栈,然后在栈中运行对应的函数,函数调用完毕后,运行时系统会自动将栈释放。因此,goroutine具有很低的开销和高效的性能。 goroutine的并发与并行 并发和并行是两个相似但又截然不同的概念。Concurrency(并发)指的是程序的结构,也就是多个程序同时执行的能力。Parallelism(并行)指的是程序的运行方式,也就是多个程序同时执行的能力。 在Go语言中,goroutine可以实现并发和并行的操作。并发指的是程序的结构,多个goroutine可以同时执行,但并不一定同时完成,而并行指的是程序的运行方式,同时执行多个goroutine,多个操作可以同时完成。 例如,我们可以通过goroutine并发的处理一些IO密集型的操作: ``` func main() { var wg sync.WaitGroup wg.Add(2) go func() { defer wg.Done() time.Sleep(2 * time.Second) fmt.Println("goroutine 1") }() go func() { defer wg.Done() time.Sleep(1 * time.Second) fmt.Println("goroutine 2") }() wg.Wait() } ``` 在这个例子中,我们通过关键字go启动了两个goroutine,它们分别执行两个函数,分别是等待2秒后打印的“goroutine 1”和等待1秒后打印的“goroutine 2”。这两个goroutine可以同时执行,主函数会等待这两个goroutine执行完毕后才会退出。如果我们在执行程序时加上参数“-race”,Go语言会对程序进行数据竞争检测,以确保程序的正确性。我们可以看到,这个程序没有发生数据竞争,可以正常运行。 goroutine的并行可以通过多核CPU实现,多个CPU可以同时执行多个goroutine,实现并行处理。例如,我们可以修改上面的例子,进行并行处理: ``` func main() { var wg sync.WaitGroup wg.Add(2) go func() { defer wg.Done() time.Sleep(2 * time.Second) fmt.Println("goroutine 1") }() go func() { defer wg.Done() time.Sleep(1 * time.Second) fmt.Println("goroutine 2") }() wg.Wait() } ``` 在这个例子中,我们使用了runtime包中的GOMAXPROCS函数,将程序的最大可用CPU数量设置为2,这样就可以让两个goroutine在两个不同的CPU上并行执行。这个例子中使用的函数都是CPU密集型的函数,因此才能看到并行执行的效果。当然,在IO密集型的情况下,并行处理并不一定比并发处理更快。 总结: 通过本文的介绍,我们了解了Go语言中goroutine的基本概念、实现原理以及并发与并行的操作方法。goroutine的高效、轻量级和自动管理等特性,使得Go语言在并发编程方面具有很大的优势。在实际应用中,我们应该根据具体情况选择并发或者并行处理,以达到最优的运行效率和响应速度。