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Go是一门号称从 语言层面支持并发
的编程语言,支持并发也是Go非常重要的特性之一
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Go支持 协程
,协程可以类比Java中的线程,解决并发问题的难点在于线程(协程)之间的 协作
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Go提供了两种方案
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支持协程之间以 共享内存
的方式通信,Go提供了 管程
和 原子类
来对协程进行同步控制,该方案与Java类似
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支持协程之间以 消息传递
的方式通信,本质上是要 避免共享
,该方案是基于 CSP模型
实现的,Go推荐该方案
CSP模型
- CSP:Communicating Sequential Processes
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Do not communicate by sharing memory; instead, share memory by communicating.
累加器
package main
import (
"fmt"
"time"
)
func main() {
singleCoroutine()
multiCoroutine()
}
// 单协程,只能用到CPU的一个核
func singleCoroutine() {
var result, i uint64
start := time.Now()
for i = 1; i <= 10000000000; i++ {
result += i
}
elapsed := time.Since(start)
fmt.Println(elapsed, result) // 4.330357206s 13106511857580896768
}
// 多协程
func multiCoroutine() {
var result uint64
start := time.Now()
ch1 := calc(1, 2500000000)
ch2 := calc(2500000001, 5000000000)
ch3 := calc(5000000001, 7500000000)
ch4 := calc(7500000001, 10000000000)
// 主协程需要与子协程通信,Go中协程之间的通信推荐使用channel
result = <-ch1 + <-ch2 + <-ch3 + <-ch4
// ch1只能读取数据,如果通过ch1写入数据,编译时会报错
// ch1 <- 7 // invalid operation: ch1 <- 7 (send to receive-only type <-chan uint64)
elapsed := time.Since(start)
fmt.Println(elapsed, result) // 1.830920702s 13106511857580896768
}
// 返回一个只能接收数据的channel
// 方法创建的子协程会把计算结果发送到这个channel,而主协程会通过channel把计算结果取出来
func calc(from uint64, to uint64) <-chan uint64 {
// channel用于协程间的通信,这是一个无缓冲的channel
channel := make(chan uint64)
go func() {
result := from
for i := from + 1; i <= to; i++ {
result += i
}
// 将结果写入channel
channel <- result
}()
// 返回用于通信的channel
return channel
}
生产者-消费者模式
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可以把Go实现的CSP模式类比成 生产者-消费者模式
,而channel类比成生产者-消费者模式中的 阻塞队列
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Go中channel的容量可以为0,容量为0的channel被称为 无缓冲的channel
,容量大于0的channel被称为 有缓冲的channel
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无缓冲的channel类似于Java中提供的 SynchronousQueue
,主要用途是在两个协程之间做 数据交换
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Go中的channel是 语言层面
支持的,使用左向箭头
<-
完成 向channel发送数据
和 读取数据
的任务
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Go中的channel是支持 双向传输
的,即一个协程既可以通过它 发送数据
,也可以通过它 接收数据
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Go中的双向channel可以变成一个 单向channel
- calc中创建了一个双向channel,但是返回的是一个只能接收数据的单向channel
- 所以在主协程中,只能通过该channel接收数据,而不能通过它发送数据
// 创建一个容量为4的channel
channel := make(chan int, 4)
// 创建4个协程,作为生产者
for i := 0; i < 4; i++ {
go func() {
channel <- 7
}()
}
// 创建4个协程,作为消费者
for i := 0; i < 4; i++ {
go func() {
o := <-channel
fmt.Println("received : ", o)
}()
}
Actor模式
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Go实现的CSP模式和Actor模式都是通过 消息传递
的方式来 避免共享
,主要有以下三个区别
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Actor模型中没有channel
,Actor模型中的Mailbox与channel非常类似,看起来都是FIFO队列,但本质区别很大
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Actor模型
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Mailbox对程序员是 透明
的,Mailbox明确归属于某一个特定的Actor,是Actor模型的 内部机制
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Actor之间可以 直接通信
,不需要通信媒介
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CSP模型
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channel对于程序员来说是 可见
的
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channel是 通信媒介
,传递的消息都直接发送到channel中
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Actor模型中发送消息是 非阻塞
的,而CSP模型中是 阻塞
的
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Go实现的CSP模型,channel是一个 阻塞队列
- 当阻塞队列已满的时候,向channel发送数据,会导致发送消息的协程阻塞
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Actor模型理论上不保证消息百分比送达,而Go实现的CSP模型中,是能保证 消息百分百送达
的(代价:可能导致 死锁
)
func main() {
// 无缓冲的channel
channel := make(chan int)
// fatal error: all goroutines are asleep - deadlock!
// 主协程会阻塞在此处,发生死锁
<-channel
}
小结
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CSP模型是Tony Hoare在1978年提出的,该模型一直都在发展, 其理论远比Go实现的复杂得多
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Tony Hoare在并发领域还有另一项重要成就,即 霍尔管程模型
,这是 Java
解决并发问题的 理论基础
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Java可以借助第三方类库 JCSP
来支持CSP模型,相比Go的实现, JCSP更接近理论模型
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JCSP并没有经过广泛的生产环境检验,因此 不推荐在生产环境使用
原文
http://zhongmingmao.me/2019/06/12/java-concurrent-csp/