并发编程【深度解剖】

并发介绍

谈到并发 ,随之而来的就是那几个问题。并发 并行 线程 进程

注意!!!本篇文章更多用诙谐的语调讲解,为保证易于理解,不够官方正式,所以可以结合AI读本篇文章,并且本文是以 go语言 的角度来看问题的。(~ ̄▽ ̄)~,祝大家收获满满。

进程与线程
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1、进程是程序在操作系统进行的一次操作过程
2、线程是进程的一个执行实体(线程就相当于进程派出的小兵,可以独立执行任务)
3、一个进程可以创建和撤销多个线程(可以同时派出多个小兵、也可以同时让士兵们撤退)
并发与并行
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`并发` 相当于一群人喝一瓶饮料,但是只有一根吸管,于是乎大家轮流喝。
`并行` 相当于一群人喝一瓶饮料,但是大家富有了,于是又买了几根吸管,
这时大家可以一起喝。

并发:

并行:

线程与协程
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1、线程与协程之间的关系,类似线程与协程之间的关系,在一个线程上可以跑多个协程。
2、由一个线程发起的协程,就像一个连队,共享一个堆空间(共享信息、如类、对象...等等),
而每个线程又有独立的栈空间。

Goroutine特性

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通信共享内存!
初次听到这个,你可能有点疑惑,啥是通信共享内存?
这里的 "内存" ,并不是大家明面意思上理解的,对同一片内存区域进行操作。
你可以简答的理解为旋转小火锅内的一盘菜,大家轮流拿着下火锅(通过channel实现)。
如果盘子里没菜了,那说明菜被吃完了,信息自然也就无法共享了。

这里对标的是,Java、C++等一系列语言的"内存共享通信",
他们才是对同一片内存区域进行操作,故需要进行繁琐的加锁去锁。
简单应用

只需要 go + 要调用的函数 即可(如下)。

go 复制代码
func hello() {
    fmt.Println("Hello Goroutine!")
}
func main() {
    go hello() // go + 要调用的函数
    fmt.Println("main goroutine done!")
}
Goroutine调度
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GPM是Go语言运行时(runtime)层面的实现,是go语言自己实现的一套调度系统。
区别于操作系统调度OS线程。
接下来详细解释一下GPM中,分别对应什么:

G:对应着一个goroutine协程,内部存着本goroutine的信息,以及与其绑定P的信息

P:P管理着一组goroutine队列,P里面会存储当前goroutine运行的上下文环境。

M:是Go运行时(runtime)对操作系统内核线程的虚拟。与内核线程一一映射。

接下来,这个这张图片可以更好的描述

优势

看到这里,相信大家已经看到go语言实现并发的优点

其他语言要实现这一点,需要手搓一个线程池(进程、线程),但是go真正实现了通过一个gorountine走天下。

runtime包

runtime包在并发领域,具有代表性的三个函数。

复制代码
runtime.Gosched(),让出CPU时间片,重新等待安排任务

runtime.Goexit(),退出当前协程

runtime.GOMAXPROCS,Go运行时的调度器使用GOMAXPROCS参数
来确定需要使用多少个OS线程来同时执行Go代码

当只设置一个核心的时候,并配合让权等待,就能完美实现,交替打印。

go 复制代码
package main

import (
	"fmt"
	"runtime"
	"time"
)

func a() {
	for i := 1; i < 10; i++ {
		fmt.Println("A:", i)
		runtime.Gosched()
	}
}

func b() {
	for i := 1; i < 10; i++ {
		fmt.Println("B:", i)
		runtime.Gosched()
	}
}

func main() {
	runtime.GOMAXPROCS(1)
	go a()
	go b()
	time.Sleep(time.Second)
}
复制代码
记忆犹新,记得当时我调代码遇到一个问题->我把runtime.Goexit()放在main函数中
结果报了一个死锁的问题。
What???main函数死锁干嘛?他又不是协程???就算是协程,也不因该死锁呀???
我记得当时学操作系统时,死锁的四大条件分别是:
1、互斥条件
2、请求和保持条件
3、不可剥夺条件
4、循环等待条件
可是这些都跟main函数中放runtime.Goexit()没关系呀?

在 Go 里,程序要结束,main 函数所在的 Goroutine 得正常返回。要是在 main 函数中调用 runtime.Goexit(),main 函数就不会正常返回,这会让 Go 运行时觉得程序还在运行

要是除 main 函数的 Goroutine 之外没有其他活跃的 Goroutine 了,Go 运行时就会判定出现了死锁。这是因为程序既无法继续执行(无活跃的 Goroutine),又不能正常结束(main 函数未正常返回)。(正常的死锁就是这个条件)

扩展

深入了解runtime包,会发现其在go语言运行时,起着至关重要的作用

大家可以先尝试理解一下,下方这串文本

复制代码
_rt0_amd64_linux (汇编入口)
  -> runtime.rt0_go (Go 入口)
      -> runtime.args (解析参数)
      -> runtime.osinit (初始化 OS 信息)
      -> runtime.schedinit (初始化调度器)
          -> 初始化堆、GC、P 等
      -> 创建主 Goroutine
          -> runtime.main()
              -> 执行所有 init()
              -> main.main()
  -> runtime.mstart (启动调度循环)

其实我想放出这段文本的根本原因,是因为我发现了一个好玩的东西。

go语言,执行程序的方式,很有趣。

Channel

单纯执行函数之间的并发是没有意思的。

重点!单纯的函数之间的并发是没有意思的!!!

函数与函数间需要交换数据才能体现并发执行函数的意义

所以这里会用到channel,也就是管道。

具体关于管道的知识,等咱在抽空写一篇。


借鉴博客:

1、深入浅出 Go 语言的 GPM 模型(Go1.21)


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