GO语言基础笔记（四）：并发编程基础

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Goroutines

通道（Channel）

代码示例

Goroutines

1. 定义与特点：

   • Goroutines是Go语言中实现并发的基本单位。
   • 它比传统的线程更轻量级，拥有更小的内存占用和更快的启动时间。
   • 在Go程序中，您可以轻松地启动成千上万的Goroutines。

2. 使用方法：

   • 使用go关键字后跟一个函数调用，即可启动一个Goroutine。
   • 例如：go myFunction()

package main

import (
    "fmt"
    "time"
)

// 定义一个简单的函数
func printNumbers(prefix string) {
    for i := 1; i <= 5; i++ {
        fmt.Println(prefix, i)
        // 休眠一段时间，以模拟实际操作中的耗时
        time.Sleep(time.Millisecond * 500)
    }
}

func main() {
    // 使用 go 关键字启动一个新的 Goroutine
    go printNumbers("Goroutine")

    // 主Goroutine也执行相同的函数
    printNumbers("Main")

    // 等待足够长的时间以确保Goroutine完成
    // 注意：这不是同步Goroutines的推荐方式
    // 后续课程将介绍更好的方法（如WaitGroup或Channel）
    time.Sleep(time.Second * 3)

    fmt.Println("主函数执行完毕")
}

1. 函数定义：printNumbers函数接受一个字符串参数prefix，并打印出该前缀下的数值序列。
2. 启动Goroutine：使用go关键字启动printNumbers函数作为一个新的Goroutine。这意味着printNumbers("Goroutine")将并行执行。
3. 主Goroutine：主函数main本身也是一个Goroutine。在这里，它调用printNumbers("Main")，同样执行数值打印操作。
4. 并行执行：您会看到，"Goroutine"和"Main"的输出是交替出现的，显示了两个Goroutine是同时运行的。
5. 等待结束：使用time.Sleep暂时等待Goroutine完成。这是为了演示目的；实际应用中我们会使用更加精确的同步机制。

• 在实际应用中，我们通常不使用time.Sleep来等待Goroutines完成，而是使用像通道（Channels）或sync.WaitGroup这样的同步机制。
• 这个示例的目的是简单地展示Goroutines的并发执行。在后续课程中，我们将探讨更高级的同步技术和并发模式。

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通道（Channel）

1. 定义与作用：

   • Channel是Go语言中的一种内置类型，用于在Goroutines之间安全地传递数据。
   • 它可以帮助解决Goroutines之间的同步问题。

2. 类型与使用：

   • 有缓冲和无缓冲两种类型的Channel。
   • 创建示例：ch := make(chan int)（无缓冲）或ch := make(chan int, 5)（有缓冲，容量为5）。
   • 数据传递：使用<-操作符向Channel发送或接收数据。

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package main

import (
    "fmt"
    "time"
)

func main() {
    // 创建一个无缓冲的Channel
    ch := make(chan string)

    // 启动一个Goroutine，发送数据到Channel
    go func() {
        fmt.Println("Goroutine开始发送数据")
        ch <- "从Goroutine传来的消息"
    }()

    // 模拟延时，表示主Goroutine正在处理其他任务
    time.Sleep(2 * time.Second)

    // 从Channel接收数据
    message := <-ch
    fmt.Println("接收到数据：", message)

    // 创建一个有缓冲的Channel，容量为2
    bufferedCh := make(chan int, 2)

    // 向有缓冲的Channel发送数据，不会立即阻塞
    bufferedCh <- 1
    bufferedCh <- 2

    // 从有缓冲的Channel接收数据
    fmt.Println("从有缓冲Channel接收数据：", <-bufferedCh)
    fmt.Println("从有缓冲Channel接收数据：", <-bufferedCh)
}

1. 无缓冲Channel：ch := make(chan string)创建了一个无缓冲的Channel，用于传递字符串类型的数据。
2. 发送数据到Channel：Goroutine中使用ch <- "从Goroutine传来的消息"向Channel发送数据。此时，如果没有接收者，发送操作会阻塞。
3. 接收Channel数据：主Goroutine中使用message := <-ch接收数据。接收操作会阻塞直到有数据到达。
4. 有缓冲Channel：bufferedCh := make(chan int, 2)创建了一个容量为2的有缓冲Channel。
5. 向有缓冲Channel发送数据：发送操作在Channel未满时不会阻塞。
6. 从有缓冲Channel接收数据：即使发送Goroutine已经结束，数据仍然可以从Channel中被接收。

• 无缓冲Channel在没有接收者时，发送操作会阻塞；有缓冲Channel则在缓冲区满时才会阻塞。
• Channel的正确使用是并发编程中非常重要的部分，需要仔细处理发送和接收的同步问题。

代码示例

package main

import (
	"fmt"
	"math/rand"
	"sync"
	"time"
)

// 数据处理函数
// 模拟接收一个整数，经过处理后发送到输出Channel
func processData(id int, data int, out chan<- string) {
	// 模拟数据处理耗时
	time.Sleep(time.Duration(rand.Intn(500)) * time.Millisecond)
	result := fmt.Sprintf("Goroutine %d 处理结果：%d", id, data*2) // 假设处理是简单的乘以2
	out <- result
}

func main() {
	// 初始化随机种子
	rand.Seed(time.Now().UnixNano())

	// 创建一个无缓冲的Channel
	dataCh := make(chan string)

	// 使用WaitGroup等待所有Goroutines完成
	var wg sync.WaitGroup

	// 启动多个Goroutines进行数据处理
	const numGoroutines = 5 // Goroutines的数量
	for i := 0; i < numGoroutines; i++ {
		wg.Add(1)
		go func(id int) {
			defer wg.Done()
			data := rand.Intn(100) // 生成一个随机数作为数据
			processData(id, data, dataCh)
		}(i)
	}

	// 启动一个Goroutine用于接收所有处理结果
	go func() {
		wg.Wait()
		close(dataCh)
	}()

	// 从Channel中读取并打印每个Goroutine的处理结果
	for result := range dataCh {
		fmt.Println(result)
	}

	fmt.Println("所有Goroutine处理完成")
}

1. processData函数：每个Goroutine都会调用这个函数，它接收一个整数数据，处理后（这里简化为乘以2的操作），将结果发送到输出Channel。

2. 启动多个Goroutines：循环中创建了多个Goroutines，每个都调用processData函数处理数据。

3. 使用sync.WaitGroup：WaitGroup用于等待所有Goroutine完成其工作。每启动一个Goroutine，就调用wg.Add(1)，每个Goroutine完成时调用wg.Done()。

4. 关闭Channel：在所有Goroutines完成后，关闭数据Channel。这是通过在另一个Goroutine中调用wg.Wait()和close(dataCh)实现的。

5. 读取Channel数据：主Goroutine循环读取Channel中的数据，并打印结果。