Go语言中的并发goroutine底层原理

一、基本概念

①并发、并行区分

1.概念

• 并发：同一时间段内一个对象执行多个任务,充分利用时间
• 并行：同一时刻,多个对象执行多个任务

2.图解

类似于超市柜台结账,并行是多个柜台结多个队列,在计算机中是多核cpu处理多个go语言开启的线程,并发是一个柜台结账多个队列,在计算机中就是单核cpu处理多个任务,抢夺时间片.

②从用户态线程,内核态线程阐述go与java并发的优劣

1.用户态线程、内核态线程差异

• 用户态：只能受限制的访问内存,且不允许访问外围设备,占用CPU资源可以被其他程序抢走。
• 内核态：CPU可以访问内存所有数据,包括外围设备,例如硬盘网卡等,cpu可以将自己从一个程序切换到另一个程序

2.java与go并发差异：

java:

• java没有规定具体使用什么线程,而是在不同形态的线程上进行切换,会耗费相当的资源
• go是用户态线程,资源耗费较少，一个线程的栈体默认为1M，并且需要运行在JVM上

go:

• go语言并发通过,goroutine实现，属于用户态的线程,可以根据需要创建成千上万个goroutine，每个goroutine占用内存大小会根据需要动态生成,典型的大小为2kB可以按需求放大到1GB，在go语言中一次可以轻松创建十万左右的goroutine,并且不依赖运行环境。

②高并发为什么是Go语言强项？

1.历史背景

Go语言产生较晚,在其产生之前就已经有了多核cpu，所以设计者的理念就是将这门新的语言使用到多核cpu上支持更大数量级的并发

2.自身原因

    Go语言多并发底层实现使用的是协程,他占有更少的资源具有更快的执行速度,占用的资源还会根据 任务量进行扩大或者缩小

③Go语言实现高并发底层GMP模型原理解析

1. G：
G是Goroutine的缩写，在这里就是Goroutine的控制结构，是对Goroutine的抽象。其中包括执行的函数指令及参数；G保存的任务对象；线程上下文切换，现场保护和现场恢复需要的寄存器(SP、IP)等信息。在 Go 语言中使用 runtime.g 结构表示。

2. M:

表示操作系统线程也可以称为内核线程，由操作系统调度以及管理，调度器最多可以创建 10000 个线程，在 Go 语言中使用 runtime.m 结构表示。（用户线程与内核线程的映射关系）

3. P:

调度各个goroutine，使他们之间协调运行逻辑处理器，但不代表真正的CPU的数量，真正决定并发程度的是P，初始化的时候一般会去读取GOMAXPROCS对应的值，如果没有显示设置，则会读取默认值，在Go1.5之后GOMAXPROCS被默认设置可用的核数，而之前则默认为1，在 Go 语言中使用 runtime.p 结构表示。

4.指定cpu线程个数

通过runtime.GOMAXPROCS()，可以指定P的个数,如果没有指定则默认跑满整个cpu

二、上代码学会Go语言并发

①.开启一个简单的线程

    开启线程使用go+函数，以下案例要认识到开启多线程使用函数闭包可能会出现的问题

1.使用匿名函数开启线程

//打印1-1000
    for i := 0; i < 1000; i++ {
        go func() {
            fmt.Println(i)
        }()
    }
//这里使用了函数闭包
/*
打印结果
    995
    995
    995
    996
    996
    999
    1000
    1000
*/

2.出问题的原理：

匿名函数进行操作时会将当前环境内的变量进行闭包,由于启动线程需要一定时间在启动线程的时候i进行了改变所以打印的时候会有许多值相同

②.动态的关闭线程

1.为什么需要进行动态的关闭线程？

    在Go语言中如果不进行动态的关闭线程,那么有可能在子线程没有执行结束主线程就结束了，那样的话会有 程序安全隐患,所以主线程不可以直接结束,应作为后盾，直到所有线程都结束了才可以结束。

2.使用waitGroup

 waitGroup有三个方法常用：

• waitGroup.Add（）：使用wait计数器记1次数//将创建的线程数传进去
•  waitGroup.Done（）：wait计数器减1(放在被开启线程的函数内)
• waitGroup.Wait（）：阻塞等待wait计数器值为零（放在主线程内）

defer是在函数主体执行完的时候执行的代码（可理解为延时执行）

代码如下：

package main

import (
    "fmt"
    "math/rand"
    "sync"
    "time"
)
// 定义一个waitGroup结构体变量
var wg sync.WaitGroup

func f(i int) {
    // 等到函数执行完毕,会将waitGroup内的计数器减一
    defer wg.Done()
    rand.Seed(time.Now().UnixNano())
    time.Sleep(time.Duration(rand.Intn(3)) * time.Second)
    fmt.Println(i)
}
func main() {
    for i := 0; i < 100; i++ {
        // 开启一个线程就使用waitGroup记一次数
        wg.Add(1)
        go f(i)
    }
    // 阻塞等待waitGroup计数器为0
    wg.Wait()
    fmt.Println("hello")
}

总结：
Go语言的高并发奠定了其未来在高级语言中的地位,越来越多的用户加入互联网需要一个支持高并发语言的支持,亿万级电商秒杀,亿万级游戏用户同时在线都离不开这样的语言,所以Go语言一直被游戏后端、web后端项目开发者青睐。

到此这篇关于Go语言中的并发goroutine底层原理的文章就介绍到这了,更多相关Go语言中的并发goroutine内容请搜索猪先飞以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持猪先飞！