Golang学习之---goroutine协程和channel管道（八）
一、协程goroutine
- exe称为文件或者源码，只有执行起来的时候才叫进程。进程是跑起来了的。把文件加载到内存中执行，我们就把这个叫做进程。进程就是程序在操作系统中的一次执行过程。
- 分为后台进程和带页面的进程。
打开电脑的任何一个应用，这里都会加入对应的进程。- 如：打开一个迅雷应用，就是起了一个进程。迅雷中同时进行5个文件的下载，就是5个线程。从宏观看，有5个文件在同时下载，从微观看，有一个时间片段，来回切换，一个时间点，只有一个在运作。这就叫并发。
- 一个进程下面有很多的线程，这样可以最大的发挥CPU的性能。线程是进程的一个执行实例。一个进程至少有一个线程
- 一个程序能不能同时起多个进程呢？看程序的设定或者操作系统。
比如暴风影音，原来可以允许多个暴风，同时播放多个视频，但是现在不行了，再打开第二个默认进入第一个。这就是原来可以同时起多个进程，现在只能单线程运行了。- 一个进程能不能同时起多个线程呢？看程序的设定或者操作系统。
比如腾讯视频。一个进程是否可以起多个线程，是可以设置的。如：视频下载的时候，可以设置为允许多个视频同时下载，也可以设置为只下载一个。- 进程和线程是操作系统的概念，是由操作系统调度的。不由用户控制。
- 多线程在单核上运行，为并发。时间片的切换速度非常快，以毫秒（？）计算，人眼反应不过来，看起来像是在同时进行。如：在网页上同时打开两个视频，看起来是同时在播放，其实是以非常快的速度切换的。从宏观看，貌似在同时进行。
- 进程--线程--协程 发展史：
①原来就是一个进程走天下，后来发现效率太低了(摩尔定律，硬件发展总比软件快)。为了跟上硬件，提高使用效率，开发了线程。线程是一个轻量级的进程，可以在一个进程上开好几个线程。
②后来发现线程还是吃资源的，毕竟线程还是作用在进程上的，还是要占用CPU和内存的。有些地方还是物理态的，比较笨拙。
③于是乎，对编译器等做了算法优化，变成逻辑态，把线程变得更轻量级，做到资源共享，就叫做协程。协程是轻量级的线程。在一个主线程(有的程序员直接称为线程/也可以理解成进程。这个还没定下来)中，可以轻轻松松地写上万个协程。
1.1 进程和线程
①进程就是程序在操作系统中的一次执行过程，是系统进行资源分配和调度的基本单位。
②线程是进程的一个执行实例，是程序执行的最小单元，它是比进程更小的能独立运行的基本单位。
③一个进程可以创建和销毁多个线程，同一进程中的多个线程可以并发执行。
④一个程序至少有一个进程，一个进程至少有一个线程。
1.2 程序、进程和线程的关系示意图
1.3 并发和并行
①多线程在单核上运行，为并发
②多线程在多核上运行，为并行
③示意图：
小结：
- 并发：多个任务作用在一个cpu上。比如有10个线程，每个线程执行10毫秒（进行轮询操作）。从人的角度看，好像这10个线程同时在运行，但是从微观上看，在某一个时间点只有一个线程在执行，这就是并发。
- 并行：多个任务作用在多个cpu上（比如有10个cpu）。比如有10个线程，每个线程执行10毫秒（各自运行在不同的cpu上）。从人的角度看，这10个线程都在运行，从微观上看，在某一个时间点，也同时有10个线程在执行，这就是并行。
1.4 Go协程和Go主线程
- ①Go主线程(有的程序员直接称为线程/也可以理解成进程)：一个Go线程上，可以起多个协程。可以这样理解：协程是轻量级的线程[编译器做优化]
- ②Go协程的特点：
1、有独立的栈空间
2、共享程序堆空间
3、调度由用户控制
4、协程是轻量级的线程 - ③示意图：
1.5 快速入门及示意图
小结：
①主线程是一个物理线程，直接作用在cpu上的。是重要级的，非常耗费cpu资源。
②协程是从主线程开启的，是轻量级的线程，是逻辑态，对资源消耗相对小。
③Golang的协程机制是非常重要的特点，可以轻松的开启上万个协程。其他编程语言的并发机制是一般基于线程的，开启过多的线程，资源耗费大，这就突出Golang在并发上的优势了。
1.6 协程的调度模型
1.6.1 MPG 模式基本介绍
1.6.2 MPG模式运行的状态1 -- 静态调用
1.6.3 MPG模式运行的状态2 -- 动态调用
- 新的协程，是从线程池中拿到，还是新创建，取决于当前的环境。
- 读写的时候阻塞，我们看来是1~2秒的事情，但在CPU中1S已经算是很长时间了
- 当多个协程出现时，就会以队列的方式
- 操作系统+编译器共同完成MPG
1.7 设置Golang运行的CPU数
为了充分利用多CPU的优势，在Go程序中，设置运行的CPU数量
go1.8 后，Go默认运行在多核上，提高效率，可以不用设置了；
go1.8 前，还是要设置一下的，可以更高效的利用cpu
1.8 通过一个案例看出单独使用协程存在的问题，引出管道
问题1、使用协程来完成，效率高，但是会出现并发/并行的安全问题：同一个时间点向同一个地址写入数据，报错【concurrent map writes ：并发的map写入】
这就好比：一本书可以多人同时看一个地方，但是多个人不能同时往同一个地方写。写是应该有保护的。
产生原因：多个协程同时往同一个map空间写入数据
在运行某个程序时，如何知道是否存在资源竞争问题？答：在编译程序时，增加一个参数 -race 即可。 go build -race xxx.go race:竞争
问题2、不同协程之间通信问题
1.8.1 执行结果
1.8.2 示意图
1.8.3 解决 “协程带来的并发/并行的安全问题” 的方法：加入 互斥锁
没有对全局变量加锁，因此出现资源争夺问题，代码出现错误【concurrent map writes】。我们尝试着加入锁
为什么读的时候也需要加锁呢？主线程不知道什么时候结束，可能中间尝试着去看一看，可能也会造成资源竞争。
1.8.4 加锁的弊端
- ①前面使用全局变量加锁同步来解决goroutine的通讯，并不完美
- ②加锁的地方必须每一个都想到，否则还会报错。比如：读取的数据的地方，我们认为不用加锁了，但是还是要的。要把每一处都想到，太麻烦了；
- ③再者，问题二通讯问题还没有解决，我们如何设置主线程的等待时间呢
- ④综上，我们需要一种其他方法来解决。即管道channel
二、管道channel
2.1 基本介绍
- ①管道本质就是一个数据结构-队列
- ②遵循先进先出FIFO【first in first out】
- ③本身就是线程安全的，不需要加锁。多协程访问时不受影响。编译器在底层维护的，管道线程安全。
- ④管道是有类型的，一个string类型的channel只能存放string数据类型的数据
- ⑤示意图：
2.2 声明/定义
- var 变量名 chan 数据类型
- 举例：
var intChan chan int 存放int类型的数据
var mapChan chan map[int]string 存放map[int]string类型的数据
var perChan chan Person
var perChan chan *Person - 是引用类型，必须初始化后才能使用。即必须make后才能使用
- 是引用类型，指向一个地址，该地址指向的才是真正要操作的管道数据
- 管道是有数据类型的，intChan只能写入整数int类型的数据
- 使用：
2.3 使用的注意事项
- channel只能存放指定的数据类型（interface{}也是指定的数据类型，后面如果使用要进行类型断言）
- channel的数据放满后，就不能再放了，否则报错deadlock
- 从channel中取出数据后，可以继续放入。是一种流动的模型。
- 管道的容量不能自动增长，长度随数据的写入读出增加或减少。即使写入的数据>容量也没关系，只要有读有写是一种流动的状态，读的频率大于写的频率也没有关系，这是一种有效的阻塞，也是可以的。管道的价值在于一边放一边取。
- channel中的数据取完了，再取就会报错deadlock
- 把一个管道类型声明为空接口类型，后面如果使用要进行类型断言。因为，在编译层面上还是空接口类型（虽然打印出来是main.结构体类型，但是这是在运行时才知道的），所以会报错【 cat55.Name undefined (type interface {} is interface with no methods)】
- 使用示例...
2.4 管道的关闭
- 使用内置函数close可以关闭管道，当管道关闭后就不能再向channel写入数据了，但是仍然可以读取数据。
- close后，管道内的数据都被取出(读取/遍历)完毕后，自动退出。如果没有close，就会认为管道内一直还有数据，无法退出，最后发生死锁。【fatal error: all goroutines are asleep - deadlock!】
2.5 管道的遍历
- 管道的遍历只能用for-range形式。且没有key-value, 只有value一个值。由于没有key，所以不能跳过第一个值直接取第三个，必须一个一个的挨着取出来才行。管道中没有下标值，所以不能跳过几个值直接取第几个值
- 管道的cap不能自动增长，len随数据的写入读出增加或减少。所以不能使用普通for循环来遍历。
三、协程和管道的应用实例
3.1 应用实例一
3.1.1 需求：
3.1.2 示意图：
3.1.3 代码实现
3.1.4 代码效果
3.1.5 怎么判断读取数据结束的？
x是取出来的数据，ok默认为true，当管道中的数据都被取走后，将ok设置为false
3.2 应用实例二 -- 阻塞
- 一、问题：如果注销 go readData(intChan, exitChan) 会发生什么情况？
- 情况①：如果cap(intChan)=10，写入的数据为50个：会阻塞在写入数据的地方
- 情况②：如果cap(intChan)=50，写入的数据为50个：正常。就当成一个存数据的管道就行
- 二、问题：如果不注销 go readData(intChan, exitChan) 会发生什么情况？
- 情况①：如果cap(intChan)=10，写入的数据为50个：正常。这是因为：cap小于要写入的数据个数也没啥，只要有读取，就是一个流动状态，就不会发生死锁。
- 情况②：如果cap(intChan)=10，写入的数据为50个，使用了time.Sleep(time.Second)，且写的频率远低于读的频率：正常。这是因为：如果读的频率和写的频率不一样，无所谓。最多就是读的时候等一等，等写入了再读取。这是一种有效堵塞。只要管道有读有写，就有流动性，就不会发生死锁。死锁是无效阻塞，是要报错的。
3.3 应用实例三
3.3.1 需求：
3.3.2 思路分析图：
3.3.3 代码实现
3.3.4 代码效果
说明：管道是一边写一边取的，不是我们平常理解的，都写完了才进行取值。。。也是Go快的一个原因
3.3.5 和传统方法（只用一个for循环）耗时对比
当开启多个协程的时候，可以明显的看到CPU的使用升高，执行完毕后，CPU的使用就会降下来。
3.4 channel的使用细节和注意事项
- （1）管道可以声明为只读或者只写性质。数据类型还是管道chan int。只读send、只写receive是性质。默认管道是可读可写的。作用：设置为自读/只写，可以防止误操作。
- （2）管道只读、只写的最佳案例
- （3）使用select可以解决从管道读取数据的堵塞问题。用法与switch非常类似。如果管道没有关闭，不会一直阻塞而deadlock,会自动到下一个case匹配。可以在default语句中使用return语句来终止select语句的执行。尽量不用使用label标签，甚至在以后的版本里会剔除这种处理方式。
如果不close就想去读取或遍历管道数据，就会deadlock。但是我们此时还不想关闭(或者不知道什么时候关闭，一些复杂的需求)该怎么操作？用select,可以解决从管道读取数据的阻塞问题。
程序的输出顺序是由操作系统或者编译器控制的，和当前的上下文环境有关了。
- （4）goroutine中使用recover,解决协程中出现panic导致的程序崩溃问题。
如果说我们起了一个协程，但是这个协程出现了panic，如果未作处理，就会造成整个程序的崩溃。这是我们可以在goroutine中使用defer+recover来捕获panic进行处理。这样即使这个协程发生了问题，但是主线程和其他协程仍然不受影响，可以继续执行。
