Go 语言之 goroutine 协程详解

发布于 2025-02-08 00:37:49 字数 3219 浏览 7 评论 0

什么是协程？

Go 协程（Goroutine）是与其他函数或方法同时运行的函数或方法。可以认为 Go 协程是轻量级的线程。与创建线程相比，创建 Go 协程的成本很小。因此在 Go 中同时运行上千个协程是很常见的。

Go 协程对比线程的优点

与线程相比，Go 协程的开销非常小。Go 协程的堆栈大小只有几 kb，它可以根据应用程序的需要而增长和缩小，而线程必须指定堆栈的大小，并且堆栈的大小是固定的。

Go 协程被多路复用到较少的 OS 线程。在一个程序中数千个 Go 协程可能只运行在一个线程中。如果该线程中的任何一个 Go 协程阻塞（比如等待用户输入），那么 Go 会创建一个新的 OS 线程并将其余的 Go 协程移动到这个新的 OS 线程。所有这些操作都是 runtime 来完成的，而我们程序员不必关心这些复杂的细节，只需要利用 Go 提供的简洁的 API 来处理并发就可以了。

Go 协程之间通过信道（channel）进行通信。信道可以防止多个协程访问共享内存时发生竟险（race condition）。信道可以想象成多个协程之间通信的管道。我们将在下一篇教程中介绍信道。

如何创建一个协程？

在函数或方法调用之前加上关键字 go，这样便开启了一个并发的 Go 协程。

让我们创建一个协程：

package main
import (  
    "fmt"
)
func hello() {  
    fmt.Println("Hello world goroutine")
}
func main() {  
    go hello()
    fmt.Println("main function")
}

第 11 行，go hello() 开启了一个新的协程。现在 hello() 函数将和 main() 函数一起运行。main 函数在单独的协程中运行，这个协程称为主协程。

运行这个程序，你将得到一个惊喜。程序仅输出了一行文本： main function。

我们创建的协程发生了什么？我们需要了解 Go 协程的两个属性，以了解为什么发生这种情况。

当创建一个 Go 协程时，创建这个 Go 协程的语句立即返回。与函数不同，程序流程不会等待 Go 协程结束再继续执行。程序流程在开启 Go 协程后立即返回并开始执行下一行代码，忽略 Go 协程的任何返回值。

在主协程存在时才能运行其他协程，主协程终止则程序终止，其他协程也将终止。

我想你已经知道了为什么我们的协程为什么没有运行。在 11 行调用 go hello() 后，程序的流程直接调转到下一条语句执行，并没有等待 hello 协程退出，然后打印 main function。

接着主协程结束运行，不会再执行任何代码，因此 hello 协程没有得到运行的机会。

让我们修复这个问题：

package main
import (  
    "fmt"
    "time"
)
func hello() {  
    fmt.Println("Hello world goroutine")
}
func main() {  
    go hello()
    time.Sleep(1 * time.Second)
    fmt.Println("main function")
}

上面的程序中，第 13 行，我们调用 time 包的 Sleep 函数来使调用该函数所在的协程休眠。在这里是让主协程休眠 1 秒钟。现在调用 go hello() 有了足够的时间得以在主协程退出之前执行。该程序首先打印 Hello world goroutine，等待 1 秒钟之后打印 main function。

在主协程中使用 Sleep 函数等待其他协程结束的方法是不正规的，我们用在这里只是为了说明 Go 协程是如何工作的。信道可以用于阻塞主协程，直到其他协程执行完毕。我们将在下一篇教程中讨论信道。

开启多个协程

让我们写一个程序开启多个协程来更好的理解协程。

package main
import (  
    "fmt"
    "time"
)
func numbers() {  
    for i := 1; i <= 5; i++ {
        time.Sleep(250 * time.Millisecond)
        fmt.Printf("%d ", i)
    }
}
func alphabets() {  
    for i := 'a'; i <= 'e'; i++ {
        time.Sleep(400 * time.Millisecond)
        fmt.Printf("%c ", i)
    }
}
func main() {  
    go numbers()
    go alphabets()
    time.Sleep(3000 * time.Millisecond)
    fmt.Println("main terminated")
}

上面的程序在第 21 和 22 行开启了两个协程。现在这两个协程同时执行。numbers 协程最初睡眠 250 毫秒，然后打印 1，接着再次睡眠然后打印 2，以此类推，直到打印到 5。类似地，alphabets 协程打印从 a 到 e 的字母，每个字母之间相隔 400 毫秒。主协程开启 numbers 和 alphabets 协程，等待 3000 毫秒，最后终止。

程序的输出为：