Go並發編程實踐

前言

並發編程一直是Golang區別與其他語言的很大優勢，也是實際工作場景中經常遇到的。近日筆者在組內分享了我們常見的並發場景，及代碼示例，以期望大家能在遇到相同場景下，能快速的想到解決方案，或者是拿這些方案與自己實現的比較，取長補短。現整理出來與大家共享。

簡單並發場景

很多時候，我們只想並發的做一件事情，比如測試某個接口的是否支持並發。那麼我們就可以這麼做：

func RunScenario1() {
       count := 10
       var wg sync.WaitGroup

       for i := 0; i < count; i++ {
              wg.Add(1)
              go func(index int) {
                     defer wg.Done()
                     doSomething(index)
              }(i)
       }

       wg.Wait()
}

使用goroutine來實現異步，使用WaitGroup來等待所有goroutine結束。這裡要注意的是要正確釋放WaitGroup的counter(在goroutine裡調用Done()方法)。

但此種方式有個弊端，就是當goroutine的量過多時，很容易消耗完客戶端的資源，導致程序表現不佳。

規定時間內的持續並發模型

我們仍然以測試某個後端API接口為例，如果我們想知道這個接口在持續高並發情況下是否有句柄洩露，這種情況該如何測試呢？

這種時候，我們需要能控制時間的高並發模型：

func RunScenario2() {
    timeout := time.Now().Add(time.Second * time.Duration(10))
    n := runtime.NumCPU()

    waitForAll := make(chan struct{})
    done := make(chan struct{})
    concurrentCount := make(chan struct{}, n)

    for i := 0; i < n; i++ {
        concurrentCount <- struct{}{}
    }

    go func() {
        for time.Now().Before(timeout) {
            <-done
            concurrentCount <- struct{}{}
        }

        waitForAll <- struct{}{}
    }()

    go func() {
        for {
            <-concurrentCount
            go func() {
                doSomething(rand.Intn(n))
                done <- struct{}{}
            }()
        }
    }()

    <-waitForAll
}

上面的代碼裡，我們通過一個buffered channel來控制並發的數量(concurrentCount)，然後另起一個channel來周期性的發起新的任務，而控制的條件就是 time.Now().Before(timeout)，這樣當超過規定的時間，waitForAll 就會得到信號，而使整個程序退出。

這是一種實現方式，那麼還有其他的方式沒？我們接著往下看。

基於大數據量的並發模型

前面說的基於時間的並發模型，那如果只知道數據量很大，但是具體結束時間不確定，該怎麼辦呢？

比如，客戶給了個幾TB的文件列表，要求把這些文件從存儲裡刪除。再比如，實現個爬蟲去爬某些網站的所有內容。

而解決此類問題，最常見的就是使用工作池模式了(Worker Pool)。以刪文件為例，我們可以簡單這樣來處理：

• Jobs - 可以從文件列表裡讀取文件，初始化為任務，然後發給worker
• Worker - 拿到任務開始做事
• Collector - 收集worker處理後的結果
• Worker Pool - 控制並發的數量

雖然這只是個簡單Worker Pool模型，但已經能滿足我們的需求：

func RunScenario3() {
       numOfConcurrency := runtime.NumCPU()
       taskTool := 10
       jobs := make(chan int, taskTool)
       results := make(chan int, taskTool)
       var wg sync.WaitGroup

       // workExample
       workExampleFunc := func(id int, jobs <-chan int, results chan<- int, wg *sync.WaitGroup) {
              defer wg.Done()
              for job := range jobs {
                     res := job * 2
                     fmt.Printf("Worker %d do things, produce result %d \n", id, res)
                     time.Sleep(time.Millisecond * time.Duration(100))
                     results <- res
              }
       }

       for i := 0; i < numOfConcurrency; i++ {
              wg.Add(1)
              go workExampleFunc(i, jobs, results, &wg)
       }

       totalTasks := 100  // 本例就要從文件列表裡讀取

       wg.Add(1)
       go func() {
              defer wg.Done()
              for i := 0; i < totalTasks; i++ {
                     n := <-results
                     fmt.Printf("Got results %d \n", n)
              }
              close(results)
       }()

       for i := 0; i < totalTasks; i++ {
              jobs <- i
       }
       close(jobs)
       wg.Wait()
}

在Go裡，分發任務，收集結果，我們可以都交給Channel來實現。從實現上更加的簡潔。

仔細看會發現，本模型也是適用於按時間來控制並發。只要把totalTask的遍歷換成時間控制就好了。

等待異步任務執行結果

goroutine和channel的組合在實際編程時經常會用到，而加上Select更是無往而不利。

func RunScenario4() {
       sth := make(chan string)
       result := make(chan string)
       go func() {
              id := rand.Intn(100)
              for {
                     sth <- doSomething(id)
              }
       }()
       go func() {
              for {
                     result <- takeSomthing(<-sth)
              }
       }()

       select {
       case c := <-result:
              fmt.Printf("Got result %s ", c)
       case <-time.After(time.Duration(30 * time.Second)):
              fmt.Errorf("指定時間內都沒有得到結果")
       }
}

在select的case情況，加上time.After()模型可以讓我們在一定時間范圍內等待異步任務結果，防止程序卡死。

定時反饋異步任務結果

上面我們說到持續的壓測某後端API，但並未實時收集結果。而很多時候對於性能測試場景，實時的統計吞吐率，成功率是非常有必要的。

func RunScenario5() {
    concurrencyCount := runtime.NumCPU()
    for i := 0; i < concurrencyCount; i++ {
        go func(index int) {
            for {
                doUploadMock()
            }
        }(i)
    }

    t := time.NewTicker(time.Second)
    for {
        select {
        case <-t.C:
            // 計算並打印實時數據
        }
    } 
}

這種場景就需要使用到Ticker，且上面的Example模型還能控制並發數量，也是非常實用的方式。

知識點總結

上面我們共提到了五種並發模式：

• 簡單並發模型
• 規定時間內的持續並發模型
• 基於大數據量的持續並發模型
• 等待異步任務結果模型
• 定時反饋異步任務結果模型

歸納下來其核心就是使用了Go的幾個知識點：Goroutine, Channel, Select, Time, Timer/Ticker, WaitGroup. 若是對這些不清楚，可以自行Google之。

另完整的Example 代碼可以參考這裡：https://github.com/jichangjun/golearn/blob/master/src/carlji.com/experiments/concurrency/main.go

使用方式： go run main.go <場景>

比如 :

參考文檔

• https://github.com/golang/go/wiki/LearnConcurrency

這篇是Google官方推薦學習Go並發的資料，從初學者到進階，內容非常豐富，且權威。