Go语言中的并发与多线程：goroutines和通道

Go 语言并发入门

Go 语言（Golang）由 Google 开发，充分考虑了现代性能和可扩展性需求。Go 的关键特性之一是其内置的 并发（concurrency）支持——即程序同时执行多个任务的能力。与传统的多线程（由操作系统管理线程）不同，Go 提供了轻量级的 goroutines 和便捷的同步原语——通道。

本文将介绍：

• 什么是 goroutines 以及如何启动它们
• 用于 goroutines 间数据交换的通道
• 用于安全访问共享资源的互斥锁
• 并发代码的实践示例和模式

1. Goroutines：Go 的轻量级线程

Goroutine 是一个与其他 goroutines 并发执行的函数。它仅占用几 KB 的栈空间（而 OS 线程的栈可能达到 MB 级别）。只需在函数调用前添加关键字 go 即可启动一个 goroutine。

示例：启动 goroutines

package main

import (    "fmt"    "time")

func sayHello(name string) {    for i := 0; i < 3; i++ {        fmt.Printf("你好，%s! (迭代 %d)", name, i)        time.Sleep(100 * time.Millisecond)    }}

func main() {    go sayHello("Alice")  // 启动 goroutine    go sayHello("Bob")    // 再启动一个 goroutine    time.Sleep(1 * time.Second) // 等待完成    fmt.Println("主函数执行完毕")}

注意： 当 main 函数结束时，程序会终止，即使其他 goroutines 仍在运行。因此我们使用 time.Sleep 来等待。在实际代码中，最好使用 sync.WaitGroup。

使用 sync.WaitGroup

package main

import (    "fmt"    "sync")

func worker(id int, wg *sync.WaitGroup) {    defer wg.Done() // 完成时减少计数器    fmt.Printf("工作者 %d 开始工作", id)    // ... 执行某些任务 ...    fmt.Printf("工作者 %d 结束工作", id)}

func main() {    var wg sync.WaitGroup

    for i := 1; i <= 3; i++ {        wg.Add(1) // 启动 goroutine 前增加计数器        go worker(i, &wg)    }

    wg.Wait() // 阻塞 main 直到所有 goroutines 完成    fmt.Println("所有工作者已完成工作")}

2. 通道：goroutines 间的数据交换

通道（channels）是类型化的“管道”，goroutines 可以通过它发送和接收值。通道无需显式锁定即可实现安全的同步。

创建和使用通道

package main

import "fmt"

func main() {    // 创建一个整数类型的通道    ch := make(chan int)

    // 启动一个发送数据的 goroutine    go func() {        ch <- 42 // 向通道发送值    }()

    // 从通道接收值    value := <-ch    fmt.Println("接收到:", value)}

默认情况下，通道是 无缓冲 的：发送会阻塞，直到接收方准备好接收数据，反之亦然。这确保了同步。

带缓冲的通道

package main

import "fmt"

func main() {    // 创建一个容量为 3 的缓冲通道    ch := make(chan string, 3)

    // 无阻塞发送（直到缓冲区满）    ch <- "one"    ch <- "two"    ch <- "three"

    // 读取数据    fmt.Println(<-ch)    fmt.Println(<-ch)    fmt.Println(<-ch)}

关闭通道与 range 循环

package main

import "fmt"

func fibonacci(n int, ch chan int) {    a, b := 0, 1    for i := 0; i < n; i++ {        ch <-