[快速入门]Go语言的CSP并发模型

Go语言实现了一下两种并发形式:

第一种是大家普遍认知的： 多线程共享内存 。其实就许多主流编程语言中的多线程开发。

另外一种是Go语言特有的，也是Go语言推荐的： CSP（communicating sequential processes）并发模型 。该方式是Go语言最大的两个亮点goroutine和chan，二者合体的典型应用。

CSP 是 Communicating Sequential Process 的简称，中文可以叫做通信顺序进程，是一种并发编程模型，是一个很强大的并发数据模型，是上个世纪七十年代提出的，用于描述两个独立的并发实体通过共享的通讯 channel (管道)进行通信的并发模型。

Go语言其实只用到了 CSP 的很小一部分，即理论中的 Process/Channel（对应到语言中的 goroutine/channel）：这两个并发原语之间没有从属关系， Process 可以订阅任意个 Channel，Channel 也并不关心是哪个 Process 在利用它进行通信；Process 围绕 Channel 进行读写，形成一套有序阻塞和可预测的并发模型。

相信大家一定见过一句话：

Do not communicate by sharing memory; instead, share memory by communicating.

不要通过共享内存来通信，而要通过通信来实现内存共享。

这就是 Go 的并发哲学，它依赖 CSP 模型，基于 channel 实现。

channel

channel的创建

channel 字面意义是 “通道”，类似于 Linux 中的管道。声明 channel 的语法如下：

chan T          // 可以接收和发送类型为 T 的数据
chan<- float64  // 只可以用来发送 float64 类型的数据
<-chan int      // 只可以用来接收 int 类型的数据
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使用make初始化Channel,并且可以设置容量:

make(chan int, 100)
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因为 channel 是一个引用类型，所以在它被初始化之前，它的值是 nil，channel 使用 make 函数进行初始化。可以向它传递一个 int 值，代表 channel 缓冲区的大小（容量），构造出来的是一个缓冲型的 channel；不传或传 0 的，构造的就是一个非缓冲型的 channel。

Channel 分为两种：带缓冲、不带缓冲。对不带缓冲的 channel 进行的操作实际上可以看作 “同步模式”，带缓冲的则称为 “异步模式”。

同步模式 下，发送方和接收方要同步就绪，只有在两者都 ready 的情况下，数据才能在两者间传输。否则，任意一方先行进行发送或接收操作，都会被挂起，等待另一方的出现才能被唤醒。

异步模式 下，在缓冲槽可用的情况下（有剩余容量），发送和接收操作都可以顺利进行。否则，操作的一方（如写入）同样会被挂起，直到出现相反操作（如接收）才会被唤醒。

代码示例

//这里定义两个函数，下面分别验证同步模式执行以及异步模式执行的效果
func service() {
    time.Sleep(time.Millisecond * 30)
    return "Done"
}
func otherTask() {
    fmt.Println("this is other task B")
    time.Sleep(time.Millisecond * 100)
    fmt.Println("Task B is done")
}
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同步模式执行

func AsyncService() chan string { 
    //阻塞模式，即A将信息放进channel直到有人读取，否则将一直阻塞 
    retCh := make(chan string) 
    go func () {
        ret := service()
        fmt.Println("service return result")
        retCh <- ret 
        fmt.Println("service exited")
    }()
    return retCh
}

//单元测试
func TestAsynService(t *testing.T) {
    retCh := AsyncService()
    otherTask()
    fmt.Println(<-retCh)
    time.Sleep(time.Second * 1)
}
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单测结果运行如下,可以看出等到当othertask执行完开始从chan中取数据时协程才继续向下执行，在这之前一直处于挂起状态

this is other task B
service return result
Task B is done
Done
service exited
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异步模式执行

func AsyncService() chan string { 
    retCh := make(chan string,1) //buffer模式，非阻塞 丢进channel就继续向下执行
    go func () {
        ret := service()
        fmt.Println("service return result")
        retCh <- ret 
        fmt.Println("service exited")
    }()
    return retCh
}

func TestAsynService(t *testing.T) {
    retCh := AsyncService()
    otherTask()
    fmt.Println(<-retCh)
    time.Sleep(time.Second * 1)
}
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执行结果如下，可以明显的看到这种模式下并没有等待从chan中获取消息，直接向下继续运行

this is other task
service return result
service exited
Task B is done
Done
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channel的使用

1.send操作

c := make(chan int)
c <- 3
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注意，往一个已经被close的channel中继续发送数据会导致 run-time panic

2.recive操作

c := make(chan int)
c <- 3
i := <-c
fmt.Println(i) //3
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从一个nil channel中接收数据会一直被block,直到有数据可以接收；从一个被close的channel中接收数据不会被阻塞，而是立即返回，会返回元素类型的零值(zero value)以及一个代表当前channel状态的bool值。可以通过这个特性判断channel是否关闭

if x, ok := <-ch;ok {    //ok 为bool值，true标识正常接收，false表示通道关闭
    ...
}else{
    ...
} 
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3.close操作

c := make(chan int)
close(c)
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所有的channel接受者都会在channel关闭时，立刻从阻塞等待中返回且上述ok值为false(如果有值可取依旧会正常取值)。这个广播机制常被利用，进行向多个订阅者同时发送信号

代码示例

//数据生产者
func dataProducer(ch chan int, wg *sync.WaitGroup) {
    go func() {
        for i := 0; i < 10; i++ {
            ch <- i
        }
        close(ch)   //channel关闭

        wg.Done()
    }()

}

//数据接受者
func dataReceiver(ch chan int, wg *sync.WaitGroup) {
    go func() {
        for {
            if data, ok := <-ch; ok {    //channel关闭后，ok值将变为false
                fmt.Println(data)
            } else {
                break
            }
        }
        wg.Done()
    }()

}

func TestCloseChannel(t *testing.T) {
    var wg sync.WaitGroup
    ch := make(chan int)
    wg.Add(1)
    dataProducer(ch, &wg)
    wg.Add(1)
    dataReceiver(ch, &wg)
    wg.Wait()
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与switch-case搭配实现选路

select-case语句配合channel可以实现多路选择以及超时控制功能，每个case后面跟一个阻塞事件，当有事件收到响应后则结束等待，如果均没有响应则执行default

//多渠道选择
//原理如下，采用select-case语句 每个case后面跟一个阻塞事件，当有事件收到响应后则结束等待，如果均没有响应则执行default
func TestSwitch(t *testing.T){
    select{
        case ret1 := <-retCH1:
            t.Logf("case 1 return")
        case ret2 := <-retCH2:
            t.Logf("case 2 return")
        default:
            t.Logf("no one return")
    }
}

//超时控制
func TestTimeOut(t *testing.T){
    select {
    case ret := <- retCH1:
        t.Logf("case 1 return")
    case <-time.After(time.Second*1):
        t.Logf("time out")
    }
}
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