go语言之并发编程入门指南

Go 并发编程指南

一、并发与并行的基本概念

• 并发（Concurrency）：多个任务在同一时间段内交替执行（单核或多核皆可）。
• 并行（Parallelism）：多个任务在同一时刻同时执行（仅在多核 CPU 中实现）。

二、Goroutine：轻量级线程

1. 基本使用

go func() {
    fmt.Println("Hello from goroutine")
}()

• 每个 goroutine 约 2KB 栈空间，由 Go 调度器调度（非操作系统线程）。
• 创建开销小，可大规模使用（成千上万）。

2. 注意事项

• goroutine 是异步执行的，主协程退出会导致所有子 goroutine 被杀死。
• 需使用 sync.WaitGroup 或其他手段控制生命周期。

三、通道 Channel：Goroutine 间通信

1. 基本语法

ch := make(chan int)     // 创建无缓冲通道
ch := make(chan int, 10) // 创建带缓冲通道

ch <- 1      // 发送数据
x := <-ch    // 接收数据

2. 特点

• 通道通信是阻塞的（无缓冲时发送/接收都阻塞）。
• 可用于 goroutine 之间安全地共享数据。

3. 关闭通道

close(ch) // 通知接收方不再发送

4. 使用 range 读取所有数据

for v := range ch {
    fmt.Println(v)
}

四、select：监听多个通道

select {
case v := <-ch1:
    fmt.Println("From ch1:", v)
case ch2 <- 42:
    fmt.Println("Send to ch2")
default:
    fmt.Println("No channel ready")
}

• select 会阻塞直到某个分支可执行。
• 可用于实现超时、广播、负载均衡等逻辑。

五、WaitGroup：等待一组 goroutine 完成

var wg sync.WaitGroup
wg.Add(2)

go func() {
    defer wg.Done()
    // 执行任务
}()

go func() {
    defer wg.Done()
    // 执行任务
}()

wg.Wait() // 阻塞直到计数器归零

六、Mutex：互斥锁

用于保护共享资源，避免数据竞争。

var mu sync.Mutex

mu.Lock()
// 临界区
mu.Unlock()

七、Once：只执行一次（如单例）

var once sync.Once

once.Do(func() {
    fmt.Println("Only once")
})

八、Cond：条件变量

适用于需要等待某条件成立再继续执行的情况。

var mu sync.Mutex
cond := sync.NewCond(&mu)

go func() {
    cond.L.Lock()
    cond.Wait() // 等待条件
    // 条件满足后执行
    cond.L.Unlock()
}()

cond.L.Lock()
cond.Signal() // 或 cond.Broadcast()
cond.L.Unlock()

九、Context：控制 goroutine 的生命周期

1. 取消 goroutine

ctx, cancel := context.WithCancel(context.Background())
go func(ctx context.Context) {
    for {
        select {
        case <-ctx.Done():
            return
        default:
            // 正常执行
        }
    }
}(ctx)

cancel() // 通知 goroutine 退出

2. 超时 / 截止时间

ctx, cancel := context.WithTimeout(context.Background(), 2*time.Second)
defer cancel()

十、定时器和 Ticker

time.After(1 * time.Second)     // 一次性定时器
time.NewTicker(1 * time.Second) // 周期性定时器

十一、数据竞争与工具

• 使用 go run -race 启用数据竞争检测。
• Go 的 race detector 是诊断并发程序的强大工具。

十二、高级模式和最佳实践

• 使用工作池（Worker Pool）限制 goroutine 并发数。
• 避免共享内存，推荐通过 Channel 传递数据。
• 对共享状态使用原子操作或互斥锁。
• 理解 CSP 模型：“不要通过共享内存来通信，而应该通过通信来共享内存”。

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