你好,我是郝林,今天我们继续分享go语句执行规则的内容。
在上一篇文章中,我们讲到了goroutine在操作系统的并发编程体系,以及在Go语言并发编程模型中的地位和作用等一系列内容,今天我们继续来聊一聊这个话题。
问题1:怎样才能让主goroutine等待其他goroutine?
我刚才说过,一旦主goroutine中的代码执行完毕,当前的Go程序就会结束运行,无论其他的goroutine是否已经在运行了。那么,怎样才能做到等其他的goroutine运行完毕之后,再让主goroutine结束运行呢?
其实有很多办法可以做到这一点。其中,最简单粗暴的办法就是让主goroutine“小睡”一会儿。
for i := 0; i < 10; i++ {
go func() {
fmt.Println(i)
}()
}
time.Sleep(time.Millisecond * 500)
在for
语句的后边,我调用了time
包的Sleep
函数,并把time.Millisecond * 500
的结果作为参数值传给了它。time.Sleep
函数的功能就是让当前的goroutine(在这里就是主goroutine)暂停运行一段时间,直到到达指定的恢复运行时间。
我们可以把一个相对的时间传给该函数,就像我在这里传入的“500毫秒”那样。time.Sleep
函数会在被调用时用当前的绝对时间,再加上相对时间计算出在未来的恢复运行时间。显然,一旦到达恢复运行时间,当前的goroutine就会从“睡眠”中醒来,并开始继续执行后边的代码。
这个办法是可行的,只要“睡眠”的时间不要太短就好。不过,问题恰恰就在这里,我们让主goroutine“睡眠”多长时间才是合适的呢?如果“睡眠”太短,则很可能不足以让其他的goroutine运行完毕,而若“睡眠”太长则纯属浪费时间,这个时间就太难把握了。
你可能会想到,既然不容易预估时间,那我们就让其他的goroutine在运行完毕的时候告诉我们好了。这个思路很好,但怎么做呢?
你是否想到了通道呢?我们先创建一个通道,它的长度应该与我们手动启用的goroutine的数量一致。在每个手动启用的goroutine即将运行完毕的时候,我们都要向该通道发送一个值。
注意,这些发送表达式应该被放在它们的go
函数体的最后面。对应的,我们还需要在main
函数的最后从通道接收元素值,接收的次数也应该与手动启用的goroutine的数量保持一致。关于这些你可以到demo39.go文件中,去查看具体的写法。
其中有一个细节你需要注意。我在声明通道sign
的时候是以chan struct{}
作为其类型的。其中的类型字面量struct{}
有些类似于空接口类型interface{}
,它代表了既不包含任何字段也不拥有任何方法的空结构体类型。
注意,struct{}
类型值的表示法只有一个,即:struct{}{}
。并且,它占用的内存空间是0
字节。确切地说,这个值在整个Go程序中永远都只会存在一份。虽然我们可以无数次地使用这个值字面量,但是用到的却都是同一个值。
当我们仅仅把通道当作传递某种简单信号的介质的时候,用struct{}
作为其元素类型是再好不过的了。顺便说一句,我在讲“结构体及其方法的使用法门”的时候留过一道与此相关的思考题,你可以返回去看一看。
再说回当下的问题,有没有比使用通道更好的方法?如果你知道标准库中的代码包sync
的话,那么可能会想到sync.WaitGroup
类型。没错,这是一个更好的答案。不过具体的使用方式我在后边讲sync
包的时候再说。
问题2:怎样让我们启用的多个goroutine按照既定的顺序运行?
在很多时候,当我沿着上面的主问题以及第一个扩展问题一路问下来的时候,应聘者往往会被这第二个扩展问题难住。
所以基于上一篇主问题中的代码,怎样做到让从0
到9
这几个整数按照自然数的顺序打印出来?你可能会说,我不用goroutine不就可以了嘛。没错,这样是可以,但是如果我不考虑这样做呢。你应该怎么解决这个问题?
当然了,众多应聘者回答的其他答案也是五花八门的,有的可行,有的不可行,还有的把原来的代码改得面目全非。我下面就来说说我的思路,以及心目中的答案吧。这个答案并不一定是最佳的,也许你在看完之后还可以想到更优的答案。
首先,我们需要稍微改造一下for
语句中的那个go
函数,要让它接受一个int
类型的参数,并在调用它的时候把变量i
的值传进去。为了不改动这个go
函数中的其他代码,我们可以把它的这个参数也命名为i
。
for i := 0; i < 10; i++ {
go func(i int) {
fmt.Println(i)
}(i)
}
只有这样,Go语言才能保证每个goroutine都可以拿到一个唯一的整数。其原因与go
函数的执行时机有关。
我在前面已经讲过了。在go
语句被执行时,我们传给go
函数的参数i
会先被求值,如此就得到了当次迭代的序号。之后,无论go
函数会在什么时候执行,这个参数值都不会变。也就是说,go
函数中调用的fmt.Println
函数打印的一定会是那个当次迭代的序号。
然后,我们在着手改造for
语句中的go
函数。
for i := uint32(0); i < 10; i++ {
go func(i uint32) {
fn := func() {
fmt.Println(i)
}
trigger(i, fn)
}(i)
}
我在go
函数中先声明了一个匿名的函数,并把它赋给了变量fn
。这个匿名函数做的事情很简单,只是调用fmt.Println
函数以打印go
函数的参数i
的值。
在这之后,我调用了一个名叫trigger
的函数,并把go
函数的参数i
和刚刚声明的变量fn
作为参数传给了它。注意,for
语句声明的局部变量i
和go
函数的参数i
的类型都变了,都由int
变为了uint32
。至于为什么,我一会儿再说。
再来说trigger
函数。该函数接受两个参数,一个是uint32
类型的参数i
, 另一个是func()
类型的参数fn
。你应该记得,func()
代表的是既无参数声明也无结果声明的函数类型。
trigger := func(i uint32, fn func()) {
for {
if n := atomic.LoadUint32(&count); n == i {
fn()
atomic.AddUint32(&count, 1)
break
}
time.Sleep(time.Nanosecond)
}
}
trigger
函数会不断地获取一个名叫count
的变量的值,并判断该值是否与参数i
的值相同。如果相同,那么就立即调用fn
代表的函数,然后把count
变量的值加1
,最后显式地退出当前的循环。否则,我们就先让当前的goroutine“睡眠”一个纳秒再进入下一个迭代。
注意,我操作变量count
的时候使用的都是原子操作。这是由于trigger
函数会被多个goroutine并发地调用,所以它用到的非本地变量count
,就被多个用户级线程共用了。因此,对它的操作就产生了竞态条件(race condition),破坏了程序的并发安全性。
所以,我们总是应该对这样的操作加以保护,在sync/atomic
包中声明了很多用于原子操作的函数。
另外,由于我选用的原子操作函数对被操作的数值的类型有约束,所以我才对count
以及相关的变量和参数的类型进行了统一的变更(由int
变为了uint32
)。
纵观count
变量、trigger
函数以及改造后的for
语句和go
函数,我要做的是,让count
变量成为一个信号,它的值总是下一个可以调用打印函数的go
函数的序号。
这个序号其实就是启用goroutine时,那个当次迭代的序号。也正因为如此,go
函数实际的执行顺序才会与go
语句的执行顺序完全一致。此外,这里的trigger
函数实现了一种自旋(spinning)。除非发现条件已满足,否则它会不断地进行检查。
最后要说的是,因为我依然想让主goroutine最后一个运行完毕,所以还需要加一行代码。不过既然有了trigger
函数,我就没有再使用通道。
trigger(10, func(){})
调用trigger
函数完全可以达到相同的效果。由于当所有我手动启用的goroutine都运行完毕之后,count
的值一定会是10
,所以我就把10
作为了第一个参数值。又由于我并不想打印这个10
,所以我把一个什么都不做的函数作为了第二个参数值。
总之,通过上述的改造,我使得异步发起的go
函数得到了同步地(或者说按照既定顺序地)执行,你也可以动手自己试一试,感受一下。
总结
在本篇文章中,我们接着上一篇文章的主问题,讨论了当我们想让运行结果更加可控的时候,应该怎样去做。
主goroutine的运行若过早结束,那么我们的并发程序的功能就很可能无法全部完成。所以我们往往需要通过一些手段去进行干涉,比如调用time.Sleep
函数或者使用通道。我们在后面的文章中还会讨论更高级的手段。
另外,go
函数的实际执行顺序往往与其所属的go
语句的执行顺序(或者说goroutine的启用顺序)不同,而且默认情况下的执行顺序是不可预知的。那怎样才能让这两个顺序一致呢?其实复杂的实现方式有不少,但是可能会把原来的代码改得面目全非。我在这里提供了一种比较简单、清晰的改造方案,供你参考。
总之,我希望通过上述基础知识以及三个连贯的问题帮你串起一条主线。这应该会让你更快地深入理解goroutine及其背后的并发编程模型,从而更加游刃有余地使用go
语句。
思考题
1.runtime
包中提供了哪些与模型三要素G、P和M相关的函数?(模型三要素内容在上一篇)
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