作为一门 21 世纪的语言，Go 原生支持应用之间的通信（网络，客户端和服务端，分布式计算）和程序的并发。程序可以在不同的处理器和计算机上同时执行不同的代码段。Go 语言为构建并发程序的基本代码块是 协程 (goroutine) 与通道 (channel)。他们需要语言，编译器，和runtime的支持。Go 语言提供的垃圾回收器对并发编程至关重要。

不要通过共享内存来通信，而通过通信来共享内存。

1. 并发、并行和协程

1.1 什么是协程

一个应用程序是运行在机器上的一个进程；进程是一个运行在自己内存地址空间里的独立执行体。一个进程由一个或多个操作系统线程组成，这些线程其实是共享同一个内存地址空间的一起工作的执行体。几乎所有'正式'的程序都是多线程的，以便让用户或计算机不必等待，或者能够同时服务多个请求（如 Web 服务器），或增加性能和吞吐量（例如，通过对不同的数据集并行执行代码）。一个并发程序可以在一个处理器或者内核上使用多个线程来执行任务，但是只有同一个程序在某个时间点同时运行在多核或者多处理器上才是真正的并行。

并行是一种通过使用多处理器以提高速度的能力。所以并发程序可以是并行的，也可以不是。

竞态

不要使用全局变量或者共享内存，它们会给你的代码在并发运算的时候带来危险。

syncthread-per-connection
Communicating Sequential Processes（顺序通信处理）message passing-model（消息传递）
goroutines（协程）
syncchannels

当系统调用（比如等待 I/O）阻塞协程时，其他协程会继续在其他线程上工作。协程的设计隐藏了许多线程创建和管理方面的复杂工作。

协程是轻量的，比线程更轻。它们痕迹非常不明显（使用少量的内存和资源）：使用 4 K 的栈内存就可以在堆中创建它们。因为创建非常廉价，必要的时候可以轻松创建并运行大量的协程（在同一个地址空间中 100,000 个连续的协程）。并且它们对栈进行了分割，从而动态的增加（或缩减）内存的使用；栈的管理是自动的，但不是由垃圾回收器管理的，而是在协程退出后自动释放。

协程可以运行在多个操作系统线程之间，也可以运行在线程之内，让你可以很小的内存占用就可以处理大量的任务。由于操作系统线程上的协程时间片，你可以使用少量的操作系统线程就能拥有任意多个提供服务的协程，而且 Go 运行时可以聪明的意识到哪些协程被阻塞了，暂时搁置它们并处理其他协程。

存在两种并发方式：确定性的（明确定义排序）和非确定性的（加锁/互斥从而未定义排序）。Go 的协程和通道理所当然的支持确定性的并发方式（例如通道具有一个 sender 和一个 receiver）。

gogo sum(bigArray)

协程的栈会根据需要进行伸缩，不出现栈溢出；开发者不需要关心栈的大小。当协程结束的时候，它会静默退出：用来启动这个协程的函数不会得到任何的返回值。

main()goinit()
runtime.Gosched()Gosched()

1.2 并发和并行的差异

Go 的并发原语提供了良好的并发设计基础：表达程序结构以便表示独立地执行的动作；所以Go的重点不在于并行的首要位置：并发程序可能是并行的，也可能不是。并行是一种通过使用多处理器以提高速度的能力。但往往是，一个设计良好的并发程序在并行方面的表现也非常出色。

在当前的运行时实现中，Go 默认没有并行指令，只有一个独立的核心或处理器被专门用于 Go 程序，不论它启动了多少个协程；所以这些协程是并发运行的，但他们不是并行运行的：同一时间只有一个协程会处在运行状态。

GOMAXPROCS

这会告诉运行时有多少个协程同时执行。

gccgo

1.3 使用 GOMAXPROCS

GOMAXPROCSGOMAXPROCSgccgoGOMAXPROCS nGOMAXPROCS>=nruntime.GOMAXPROCS(n)nnGOMAXPROCSn-1协程的数量 > 1 + GOMAXPROCS > 1
GOMAXPROCS
GOMAXPROCS GOMAXPROCS=8GOMAXPROCSGOMAXPROCS=100topH
 GOMAXPROCS
GOMAXPROCS

1.4 Go 协程（goroutines）和协程（coroutines）

  • Go 协程意味着并行（或者可以以并行的方式部署），协程一般来说不是这样的
  • Go 协程通过通道来通信；协程通过让出和恢复操作来通信

Go 协程比协程更强大，也很容易从协程的逻辑复用到 Go 协程。

2. 协程间的信道

协程必须通信才会变得更有用：彼此之间发送和接收信息并且协调/同步他们的工作。协程可以使用共享变量来通信，但是很不提倡这样做，因为这种方式给所有的共享内存的多线程都带来了困难。

Go 有一种特殊的类型，通道（channel），就像一个可以用于发送类型化数据的管道，由其负责协程之间的通信，从而避开所有由共享内存导致的陷阱；这种通过通道进行通信的方式保证了同步性。数据在通道中进行传递：在任何给定时间，一个数据被设计为只有一个协程可以对其访问，所以不会发生数据竞争。 数据的所有权（可以读写数据的能力）也因此被传递。

工厂的传送带是个很有用的例子。一个机器（生产者协程）在传送带上放置物品，另外一个机器（消费者协程）拿到物品并打包。

通道服务于通信的两个目的：值的交换，同步的，保证了两个计算（协程）任何时候都是可知状态。

通常使用这样的格式来声明通道：

var identifier chan datatype

nil
chan intchan stringinterface{}
make()
var ch1 chan string
ch1 = make(chan string)

ch1 := make(chan string)

通道是第一类对象：可以存储在变量中，作为函数的参数传递，从函数返回以及通过通道发送它们自身。另外它们是类型化的，允许类型检查，比如尝试使用整数通道发送一个指针。

<-

这个操作符直观的标示了数据的传输：信息按照箭头的方向流动。

  • 流向通道（发送）
ch <- int1
  • 从通道流出（接收），三种方式：
int2 = <- chint2 := <- ch
<- ch
if <- ch != 1000{
    ...
}

<-chchan
package main

import (
    "fmt"
    "time"
)

func main() {
    ch := make(chan string)

    go sendData(ch)
    go getData(ch)

    time.Sleep(1e9)
}

func sendData(ch chan string) {
    ch <- "Washington"
    ch <- "Tripoli"
    ch <- "London"
    ch <- "Beijing"
    ch <- "Tokyo"
}

func getData(ch chan string) {
    var input string
    // time.Sleep(2e9)
    for {
        input = <-ch
        fmt.Printf("%s ", input)
    }
}

输出：

Washington Tripoli London Beijing tokyo

main()sendData()chgetData()

如果 2 个协程需要通信，你必须给他们同一个通道作为参数才行。

我们发现协程之间的同步非常重要：

main()sendData()getData()sendData()chgo

为什么会这样？运行时（runtime）会检查所有的协程（像本例中只有一个）是否在等待着什么东西（可从某个通道读取或者写入某个通道），这意味着程序将无法继续执行。这是死锁（deadlock）的一种形式，而运行时（runtime）可以为我们检测到这种情况。

注意：不要使用打印状态来表明通道的发送和接收顺序：由于打印状态和通道实际发生读写的时间延迟会导致和真实发生的顺序不同。

2.2 通道阻塞

默认情况下，通信是同步且无缓冲的：在有接受者接收数据之前，发送不会结束。可以想象一个无缓冲的通道在没有空间来保存数据的时候：必须要一个接收者准备好接收通道的数据然后发送者可以直接把数据发送给接收者。所以通道的发送/接收操作在对方准备好之前是阻塞的：

  1. 对于同一个通道，发送操作（协程或者函数中的），在接收者准备好之前是阻塞的：如果ch中的数据无人接收，就无法再给通道传入其他数据：新的输入无法在通道非空的情况下传入。所以发送操作会等待 ch 再次变为可用状态：就是通道值被接收时（可以传入变量）。

  2. 对于同一个通道，接收操作是阻塞的（协程或函数中的），直到发送者可用：如果通道中没有数据，接收者就阻塞了。

    尽管这看上去是非常严格的约束，实际在大部分情况下工作的很不错。

2.3 通过一个（或多个）通道交换数据进行协程同步。

通信是一种同步形式：通过通道，两个协程在通信（协程会和）中某刻同步交换数据。无缓冲通道成为了多个协程同步的完美工具。

甚至可以在通道两端互相阻塞对方，形成了叫做死锁的状态。Go 运行时会检查并 panic，停止程序。死锁几乎完全是由糟糕的设计导致的。

无缓冲通道会被阻塞。设计无阻塞的程序可以避免这种情况，或者使用带缓冲的通道。

2.4 同步通道-使用带缓冲的通道

make
buf := 100
ch1 := make(chan string, buf)

buf 是通道可以同时容纳的元素（这里是 string）个数

在缓冲满载（缓冲被全部使用）之前，给一个带缓冲的通道发送数据是不会阻塞的，而从通道读取数据也不会阻塞，直到缓冲空了。

cap

如果容量大于 0，通道就是异步的了：缓冲满载（发送）或变空（接收）之前通信不会阻塞，元素会按照发送的顺序被接收。如果容量是0或者未设置，通信仅在收发双方准备好的情况下才可以成功。

ch :=make(chan type, value)
  • value == 0 -> synchronous, unbuffered (阻塞）
  • value > 0 -> asynchronous, buffered（非阻塞）取决于value元素

若使用通道的缓冲，你的程序会在“请求”激增的时候表现更好：更具弹性，专业术语叫：更具有伸缩性（scalable）。在设计算法时首先考虑使用无缓冲通道，只在不确定的情况下使用缓冲。

2.5 信号量模式

chmain<-ch

我们期望从这个通道中获取返回的结果，像这样：

func compute(ch chan int){
    ch <- someComputation() // when it completes, signal on the channel.
}

func main(){
    ch := make(chan int) 	// allocate a channel.
    go compute(ch)		// start something in a goroutines
    doSomethingElseForAWhile()
    result := <- ch
}

这个信号也可以是其他的，不返回结果，比如下面这个协程中的匿名函数（lambda）协程：

ch := make(chan int)
go func(){
    // doSomething
    ch <- 1 // Send a signal; value does not matter
}()
doSomethingElseForAWhile()
<- ch	// Wait for goroutine to finish; discard sent value.

或者等待两个协程完成，每一个都会对切片s的一部分进行排序，片段如下：

done := make(chan bool)
// doSort is a lambda function, so a closure which knows the channel done:
doSort := func(s []int){
    sort(s)
    done <- true
}
i := pivot(s)
go doSort(s[:i])
go doSort(s[i:])
<-done
<-done

 doSomething()
type Empty interface {}
var empty Empty
...
data := make([]float64, N)
res := make([]float64, N)
sem := make(chan Empty, N)
...
for i, xi := range data {
    go func (i int, xi float64) {
        res[i] = doSomething(i, xi)
        sem <- empty
    } (i, xi)
}
// wait for goroutines to finish
for i := 0; i < N; i++ { <-sem }

ixiixiixiixiresresres

2.6 实现并行的 for 循环

for i, v := range data {
	go func (i int, v float64) {
		doSomething(i, v)
		...
	} (i, v)
}

在 for 循环中并行计算迭代可能带来很好的性能提升。不过所有的迭代都必须是独立完成的。有些语言比如 Fortress 或者其他并行框架以不同的结构实现了这种方式，在 Go 中用协程实现起来非常容易

2.7 用带缓冲通道实现一个信号量

sync
  • 带缓冲通道的容量和要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就是未处理的资源个数（标准信号量的整数值）

不用管通道中存放的是什么，只关注长度；因此我们创建了一个长度可变但容量为0（字节）的通道：

type Empty interface {}
type semaphore chan Empty

semaphoresem = make(semaphore, N)

然后直接对信号量进行操作：

// acquire n resources
func (s semaphore) P(n int) {
    e := new(Empty)
    for i := 0; i < n; i++ {
        s <- e
    }
}

// release n resources
func (s semaphore) V(n int) {
    for i:= 0; i < n; i++{
        <- s
    }
}

可以用来实现一个互斥的例子：

/* 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)
}

3. 通道的方向

通道类型可以用注解来表示它只发送或者只接收：

var send_only chan<- int     // channel can only receive data
var recv_only <-chan int     // channel can only send data

<-chan T
var c = make(chan int) // bidirectional
go source(c)
go sink(c)

func source(ch chan<- int){
    for { ch <- 1 }
}

func sink(ch <-chan int) {
    for { <-ch }
}

4. 使用 select 切换协程

selectswitchselect
select {
case u:= <- ch1:
        ...
case v:= <- ch2:
        ...
        ...
default: // no value ready to be received
        ...
}

defaultfallthroughswitchcasebreakreturnselect 
select
defaultdefault
selectdefaultdefault
selectbreak