协程（goroutine）

协程（goroutine）是Go中应用程序并发处理的部分，它可以进行高效的并发运算。

• 协程是轻量的，比线程更廉价。使用4K的栈内存就可以在内存中创建。
• 能够对栈进行分割，动态地增加或缩减内存的使用。栈的管理会在协程退出后自动释放。
• 协程的栈会根据需要进行伸缩，不出现栈溢出。

协程的使用

package mainimport ("fmt""time"
)func main() {fmt.Println("In main()")go longWait()go shortWait()fmt.Println("About to sleep in main()")//time.Sleep(4 * 1e9)time.Sleep(10 * 1e9)fmt.Println("At the end of main()")
}func longWait() {fmt.Println("Beginning longWait()")time.Sleep(5 * 1e9)fmt.Println("End of longWait()")
}func shortWait() {fmt.Println("Beginning shortWait()")time.Sleep(2 * 1e9)fmt.Println("End of shortWait()")
}
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Go中用go关键字来开启一个协程，其中main函数也可以看做是一个协程。

不难理解，上述代码的输出为：

In main()
About to sleep in main()
Beginning shortWait()
Beginning longWait()
End of shortWait()
End of longWait()
At the end of main()
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但是，当我们将main的睡眠时间设置成4s时，输出发生了改变。

In main()
About to sleep in main()
Beginning shortWait()
Beginning longWait()
End of shortWait()
At the end of main()
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程序并没有输出End of longWait()，原因在于，longWait()和main()运行在不同的协程中，两者是异步的。也就是说，早在longWait()结束之前，main已经退出，自然也就看不到输出了。

通道（channel）

通道（channel）是Go中一种特殊的数据类型，可以通过它们发送类型化的数据在协程之间通信，避开内存共享导致的问题。

通道的通信方式保证了同步性，并且同一时间只有一个协程能够访问数据，不会出现数据竞争。

以工厂的传输带为例，一个机器放置物品（生产者协程），经过传送带，到达下一个机器打包装箱（消费者协程）。

通道的使用

在学习使用管道之前，我们先来看一个“悲剧”。

package mainimport ("fmt""time"
)func main() {fmt.Println("Reveal romantic feelings...")go sendLove()go responseLove()waitFor()fmt.Println("Leaving ☠️....")
}func waitFor() {for i := 0; i < 5; i++ {fmt.Println("Keep waiting...")time.Sleep(1 * 1e9)}
}func sendLove() {fmt.Println("Love you, mm ❤️")
}func responseLove() {time.Sleep(6 * 1e9)fmt.Println("Love you, too")
}
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用上面学习的知识，不难看出。。。真的惨啊

Reveal romantic feelings...
Love you, mm ❤️
Keep waiting...
Keep waiting...
Keep waiting...
Keep waiting...
Keep waiting...
Leaving ☠️....
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明明收到了暗恋女孩的回应，然而却以为对方不接受自己的情感，含泪离去。【TAT】

可见，协程之间没有互相通信将会引起多么大的误解。幸好，我们有了channel，现在就来一起改写故事的结局吧~

package mainimport ("fmt""time"
)func main() {ch := make(chan string)var answer stringfmt.Println("Reveal fomantic feelings...")go sendLove()go responseLove(ch)waitFor()answer = <-chif answer != "" {fmt.Println(answer)} else {fmt.Println("Dead ☠️....")}}func waitFor() {for i := 0; i < 5; i++ {fmt.Println("Keep waiting...")time.Sleep(1 * 1e9)}
}func sendLove() {fmt.Println("Love you, mm ❤️")
}func responseLove(ch chan string) {time.Sleep(6 * 1e9)ch <- "Love you, too"
}
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输出为：

Reveal fomantic feelings...
Love you, mm ❤️
Keep waiting...
Keep waiting...
Keep waiting...
Keep waiting...
Keep waiting...
Love you, too
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皆大欢喜。

这里我们用ch := make(chan string)创建了一个string类型的管道，当然我们还可以构建其他类型比如ch := make(chan int)，甚至一个函数管道funcChan := chan func()。

我们还用到了一个通信操作符<-。

• 流向通道：ch <- content，用管道ch发送变量content。

• 从通道流出：answer := <- ch，变量answer从通道ch接收数据。

• <- ch可以单独调用，以获取通道的下一个值，当前值会被丢弃，但是可以用来验证，比如：

  if <- ch != 100 {/* do something */
  }
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通道阻塞

• 对于同一通道，发送操作在接受者准备好之前是不会结束的。这就意味着，如果一个无缓冲通道在没有空间接收数据的时候，新的输入数据无法输入，即发送者处于阻塞状态。
• 对于同一通道，接收操作是阻塞的，直到发送者可用。如果通道中没有数据，接收者会保持阻塞。

以上两条性质，反映了无缓冲通道的特性：同一时间只允许至多一个数据存在于通道中。

我们通过例子来感受一下：

package mainimport "fmt"func main() {ch1 := make(chan int)go pump(ch1)fmt.Println(<-ch1)
}func pump(ch chan int) {for i := 0; ; i++ {ch <- i}
}
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程序输出：

0
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这里的pump()函数被称为生产者。

解除通道阻塞

package mainimport "fmt"
import "time"func main() {ch1 := make(chan int)go pump(ch1)go suck(ch1)time.Sleep(1e9)
}func pump(ch chan int) {for i := 0; ; i++ {ch <- i}
}func suck(ch chan int) {for {fmt.Println(<-ch)}
}
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这里我们定义了一个suck函数，作为接收者，并给main协程一个1s的运行时间，于是，便产生了70W+的输出【TAT】。

通道死锁

通道两段互相阻塞对方，会形成死锁状态。Go运行时会检查并panic，停止程序。无缓冲通道会被阻塞。

package mainimport "fmt"func main() {out := make(chan int)out <- 2go f1(out)
}func f1(in chan int) {fmt.Println(<-in)
}
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fatal error: all goroutines are asleep - deadlock!
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显然在out <- 2的时候，由于没有接受者，主线程被阻塞。

同步通道

除了普通的无缓存通道外，还有一种特殊的带缓存通道——同步通道。

buf := 100
ch1 := make(chan string, buf)
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buf是通道可以同时容纳的元素个数，即ch1的缓冲区大小，在buf满之前，通道都不会阻塞。

如果容量大于0，通道就是异步的：在缓冲满载或边控之前通信不会阻塞，元素会按照发送的顺序被接收。

同步：ch := make(chan type, value)

• value ==0 --> synchronous, unbuffered（阻塞）
• value > 0 --> asynchronous, buffered（非阻塞）取决于value元素

使用通道缓冲能使程序更具有伸缩性（scalable）。

尽量在首要位置使用无缓冲通道，只在不确定的情况下使用缓冲。

package mainimport "fmt"
import "time"func main() {c := make(chan int, 50)go func() {time.Sleep(15 * 1e9)x := <-cfmt.Println("received", x)}()fmt.Println("sending", 10)c <- 10fmt.Println("send", 10)
}复制代码

信号量模式

func compute(ch chan int) {ch <- someComputation()
}func main() {ch := make(chan int)go compute(ch)doSomethingElaseForAWhile()result := <-ch
}
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协程通过在通道ch中放置一个值来处理结束信号。main线程等待<-ch直到从中获取到值。

我们可以用它来处理切片排序：

done := make(chan bool)doSort := func(s []int) {sort(s)done <- true
}
i := pivot(s)
go doSort(s[:i])
go doSort(s[i:])
<-done
<-done
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带缓冲通道实现信号量

信号量时实现互斥锁的常用同步机制，限制对资源的访问，解决读写问题。

• 带缓冲通道的容量要和同步的资源容量相同
• 通道的长度（当前存放的元素个数）与当前资源被使用的数量相同
• 容量减去通道的长度等于未处理的资源个数

//创建一个长度可变但容量为0的通道
type Empty interface {}
type semaphore chan Empty
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初始化信号量

sem = make(semaphore, N)
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对信号量进行操作，建立互斥锁

func (s semaphore) P (n int) {e := new(Empty)for i := 0; i < n; i++ {s <- e}
}func (a semaphore) V (n int) {for i := 0; i < n; i++ {<- s}
}/* mutexes */
func (s semaphore) Lock() {s.P(1)
}func (s semaphore) Unlock(){s.V(1)
}/* signal-wait */
func (s semaphore) Wait(n int) {s.P(n)
}func (s semaphore) Signal() {s.V(1)
}
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通道工厂模式

不将通道作为参数传递，而是在函数内生成一个通道，并返回。

package mainimport ("fmt""time"
)func main() {stream := pump()go suck(stream)time.Sleep(1e9)
}func pump() chan int {ch := make(chan int)go func() {for i := 0; ; i++ {ch <- i}}()return ch
}func suck(ch chan int) {for {fmt.Println(<-ch)}
}
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通道使用for循环

for循环可以从ch中持续获取值，直到通道关闭。（这意味着必须有另一个协程写入ch，并且在写入完成后关闭）

for v := range ch {fmt.Println("The value is", v)
}
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package mainimport ("fmt""time"
)func main() {suck(pump())time.Sleep(1e9)
}func pump() chan int {ch := make(chan int)go func() {for i := 0; ; i++ {ch <- i}}()return ch
}func suck(ch chan int) {go func() {for v := range ch {fmt.Println(v)}}()
}
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通道的方向

通道可以表示它只发送或者只接受：

var send_only chan<- int    // channel can only send data
var recv_only <-chan int    // channel can only receive data
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只接收的通道（<-chan T）无法关闭，因为关闭通道是发送者用来表示不再给通道发送值，所以对只接收通道是没有意义的。

管道和选择器模式

借鉴一个经典的例子筛法求素数来学习这一内容。

这个算法的主要思想是，引入筛法（一种时间复杂度为O(x * ln(lnx))的算法），对一个给定返回的正整数从大到小排序，然后从中筛选掉所有的非素数，那么剩下的数中最小的就是素数，再去掉该数的倍数，以此类推。

假设一个范围为1~30的正整数集，已经从大到小排序。

第一遍筛掉非素数1，然后剩余数中最小的是2。

由于2是一个素数，将其取出，然后去掉所有2的倍数，那么剩下的数为：

3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29

剩下的数中3最小，且为素数，取出并去除所有3的倍数，循环直至所有数都筛完。

代码如下：

// 一般写法
package mainimport ("fmt"
)func generate(ch chan int) {for i := 2; i < 100; i++ {ch <- i}
}func filter(in, out chan int, prime int) {for {i := <-inif i%prime != 0 {out <- i}}
}func main() {ch := make(chan int)go generate(ch)for {prime := <-chfmt.Print(prime, " ")ch1 := make(chan int)go filter(ch, ch1, prime)ch = ch1}
}
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// 习惯写法
package mainimport ("fmt"
)func generate() chan int {ch := make(chan int)go func() {for i := 2; ; i++ {ch <- i}}()return ch
}func filter(in chan int, prime int) chan int {out := make(chan int)go func() {for {if i := <-in; i%prime != 0 {out <- i}}}()return out
}func sieve() chan int {out := make(chan int)go func() {ch := generate()for {prime := <-chch = filter(ch, prime)out <- prime}}()return out
}func main() {primes := sieve()for {fmt.Println(<-primes)}
}
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