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Golang 探索对Goroutine的控制方法(一)
2017-12-15 12:34:04 】 浏览:645
Tags:Golang 探索 Goroutine 控制 方法

前言

在golang中,只需要在函数调用前加上关键字go即可创建一个并发任务单元,而这个新建的任务会被放入队列中,等待调度器安排。相比系统的MB级别线程栈,goroutine的自定义栈只有2KB,这使得我们能够轻易创建上万个并发任务,如此对性能提升不少。但随之而来的有以下几个问题:

本文记录了笔者就以上几个问题进行探究的过程,文中给出了大部分问题的解决方案,同时也抛出了未解决的问题,期待与各位交流:p

准备

开始之前先定义一个常量const N=100以及一个HeavyWork函数,假定该函数具有极其冗长、复杂度高、难以解耦的特性

func HeavyWork(id int) {
    rand.Seed(int64(id))
    interval := time.Duration(rand.Intn(3)+1) * time.Second
    time.Sleep(interval)
    fmt.Printf("HeavyWork %-3d cost %v\n", id, interval)
}

以上定义的内容将在之后的代码中直接使用以缩减篇幅,大部分完整代码可在 Github: explore-goroutine 中找到

如何等待所有goroutine的退出

"Do not communicate by sharing memory; instead, share memory by communicating"——GO的一大设计哲学《Share Memory By Communicating》
翻译成中文就是,用通信来共享内存数据,而不要通过共享内存数据来进行通信。
Go中的goroutines和channel提供了一种优雅而独特的结构化并发软件的方法,我们可以利用通道(channel)的特性,来实现当前等待goroutine的操作。但是channel并不是当前这个场景的最佳方案,用它来实现的方式是稍显笨拙的,需要知道确定个数的goroutine,同时稍不注意就极易产生死锁,代码如下:

// "talk is cheap, show me the code."
func main() {
    waitChan := make(chan int, 1)
    for i := 0; i < N; i++ {
        go func(n int) {
            HeavyWork(n)
            waitChan <- 1
        }(i)
    }
    cnt := 0
    for range waitChan {
        cnt++
        if cnt == N {
            break
        }
    }
    close(waitChan)
    fmt.Println("finished")
}

上述代码使用了一个缓存大小为1的通道(channel),创建N个goroutine用于运行HeavyWork,每个任务完成后向waitChan写入一个数据,在收到N个完成信号后退出。
但事实上比较优雅的方式是使用go标准库sync,其中提供了专门的解决方案sync.WaitGroup用于等待一个goroutines集合的结束

// "talk is cheap, show me the code."
func main() {
    wg := sync.WaitGroup{}
    for i := 0; i < N; i++ {
        wg.Add(1)
        go func(n int) {
            defer wg.Done()
            HeavyWork(n)
        }(i)
    }
    wg.Wait()
    fmt.Println("finished")
}

关于sync.WaitGroup的具体使用请参照官方文档 [GoDoc] sync.WaitGroup ,这里不再赘述

如何限制goroutine的创建数量(信号量实现)

信号量(Semaphore),有时被称为信号灯,是在多线程环境下使用的一种设施,是可以用来保证两个或多个关键代码段不被并发调用。

其中V操作会增加信号量的数值即释放资源,而P操作会减少它即占用资源

那么非常容易想到的就是利用channel(通道)缓存有限的特性,它允许我们可以自实现一个简单的数量控制,就如同使用信号量一般,在这基础再加上前面提到的sync.WaitGroup,我们可以打出一套组合拳,提供可阻塞的信号量PV操作,能够实现固定创建goroutine数量并且支持等待当前goroutine的退出。结构体定义如下:

type Semaphore struct {
    Threads chan int
    Wg      sync.WaitGroup
}

而P操作只需在channel中加入一个元素同时调用WaitGroup.Add即可,这一操作完成对资源的申请

func (sem *Semaphore) P() {
    sem.Threads <- 1
    sem.Wg.Add(1)
}

相反则是V操作,进行资源的释放

func (sem *Semaphore) V() {
    sem.Wg.Done()
    <-sem.Threads
}

Wait则阻塞等待直到当前所有资源都归还,直接调用WaitGroup的方法即可

func (sem *Semaphore) Wait() {
    sem.Wg.Wait()
}

完整代码可以在 Github: semaphore 中查看

利用上面的信号量就可以做到,在一个时刻的goroutines数量不会超过信号量值的大小,而某个goroutine退出后将返还占用的信号量,而正在等待的goroutine就可以立即申请,下图形象地展现了运行时的状态

怎么让goroutine主动退出

对于goroutine的主动退出,比较友好的做法就是循环监听一个channel,通过类似信号的方式来告知goroutine的”该退出了“,然后goroutine自己主动退出,这种做法在网上十分常见,也是Golang官方推荐的做法,思想也很简单。

func main() {
    ok, quit := make(chan int, 1), make(chan int, 1)
    go func() {
        i := 0
        for {
            select {
            case <-quit:
                ok <- 1
                return
            default:
                HeavyWork(i)
                i++
            }
        }
    }()
    time.Sleep(5 * time.Second)
    quit <- 1
    <-ok
}

运行结果如下图

探索——如何从外部杀死goroutine

上面讲了一些关于goroutines和channel的简单使用,接下来终于写到本文的重点了。笔者并没有解决如何从外部杀死一个goroutine,但记录了尝试“杀死”中的可行或不可行方法,希望对各位有所帮助。
因为近期在开发中遇到这样一个问题,当一个函数是极其冗长、复杂度高、难以解耦的顺序结构代码时(例如某个极其复杂无循环结构的加密算法),而且由于数据量巨大,需要反复调用该函数,由于每运行一次,程序都会消耗大量的时间、空间,那么当一个任务已经被用户抛弃时,如何才能抛弃仍在做着无用功的goroutine?

为了达到“杀死goro
编程开发网

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