Goroutines 和 Channel 是 Go 並發模型的支柱。它們不僅僅是簡單的工具；它們是強大的結構，可以讓我們建立複雜的高效能係統。
讓我們從 goroutine 開始。它們就像輕量級線程，但效率更高。我們可以毫不費力地繁殖數千個。這是一個基本範例：
func main() {
go func() {
fmt.Println("Hello from a goroutine!")
}()
time.Sleep(time.Second)
}
但這只是表面現象。當我們將 goroutine 與通道結合時，真正的魔力就會發生。
通道就像連接 goroutine 的管道。它們讓我們可以在程式的並發部分之間發送和接收值。這是一個簡單的例子：
func main() {
ch := make(chan string)
go func() {
ch <- "Hello, channel!"
}()
msg := <-ch
fmt.Println(msg)
}
現在，讓我們深入研究一些進階模式。我最喜歡的之一是工人池。它是一組處理共享隊列中的任務的 goroutine。以下是我們如何實現它：
func worker(id int, jobs <-chan int, results chan<- int) {
for j := range jobs {
fmt.Printf("Worker %d processing job %d\n", id, j)
time.Sleep(time.Second)
results <- j * 2
}
}
func main() {
jobs := make(chan int, 100)
results := make(chan int, 100)
for w := 1; w <= 3; w++ {
go worker(w, jobs, results)
}
for j := 1; j <= 9; j++ {
jobs <- j
}
close(jobs)
for a := 1; a <= 9; a++ {
<-results
}
}
此模式非常適合在多個處理器之間分配工作。它具有可擴展性且高效。
另一個強大的模式是發布-訂閱系統。它非常適合向多個接收者廣播訊息。這是一個基本的實作：
type Subscription struct {
ch chan interface{}
}
type PubSub struct {
mu sync.RWMutex
subs map[string][]Subscription
}
func (ps *PubSub) Subscribe(topic string) Subscription {
ps.mu.Lock()
defer ps.mu.Unlock()
sub := Subscription{ch: make(chan interface{}, 1)}
ps.subs[topic] = append(ps.subs[topic], sub)
return sub
}
func (ps *PubSub) Publish(topic string, msg interface{}) {
ps.mu.RLock()
defer ps.mu.RUnlock()
for _, sub := range ps.subs[topic] {
select {
case sub.ch <- msg:
default:
}
}
}
該系統允許多個 goroutine 非同步訂閱主題並接收訊息。
現在，我們來談談 select 語句。它們就像是通道的開關，讓我們可以處理多個通道的操作。我們甚至可以添加超時：
select {
case msg1 := <-ch1:
fmt.Println("Received", msg1)
case msg2 := <-ch2:
fmt.Println("Received", msg2)
case <-time.After(time.Second):
fmt.Println("Timed out")
}
此模式對於在不阻塞的情況下處理多個並發操作至關重要。
信號量是另一個重要的概念。我們可以使用緩衝通道來實現它們：
type Semaphore chan struct{}
func (s Semaphore) Acquire() {
s <- struct{}{}
}
func (s Semaphore) Release() {
<-s
}
func main() {
sem := make(Semaphore, 3)
for i := 0; i < 5; i++ {
go func(id int) {
sem.Acquire()
defer sem.Release()
fmt.Printf("Worker %d is working\n", id)
time.Sleep(time.Second)
}(i)
}
time.Sleep(3 * time.Second)
}
此模式允許我們限制對資源的並發存取。
讓我們繼續正常關閉。這對於長期運作的服務至關重要。這是我常用的模式：
func main() {
stop := make(chan struct{})
go func() {
sigint := make(chan os.Signal, 1)
signal.Notify(sigint, os.Interrupt)
<-sigint
close(stop)
}()
for {
select {
case <-stop:
fmt.Println("Shutting down...")
return
default:
// Do work
}
}
}
這確保我們的程式在收到中斷訊號時可以乾淨地關閉。
背壓是併發系統中的另一個重要概念。這是關於當生產者超過消費者時管理資料流。這是一個使用緩衝通道的簡單範例：
func producer(ch chan<- int) {
for i := 0; ; i++ {
ch <- i
}
}
func consumer(ch <-chan int) {
for v := range ch {
fmt.Println(v)
time.Sleep(time.Second)
}
}
func main() {
ch := make(chan int, 10)
go producer(ch)
consumer(ch)
}
通道中的緩衝區起到減震器的作用，即使消費者暫時緩慢，生產者也可以繼續。
現在，我們來談談 Go 運行時。它負責將 goroutine 調度到作業系統線程上。我們可以透過 GOMAXPROCS 環境變數來影響這一點，但通常情況下，預設值是最好的。
我們也可以使用runtime.NumGoroutine()來查看有多少個goroutine正在運行：
fmt.Println(runtime.NumGoroutine())
這對於偵錯和監控很有用。
優化並發程式碼是一門藝術。一項關鍵原則是讓 goroutine 保持短暫的生命週期。長時間運行的 goroutine 會佔用資源。相反，請使用工作池來執行長時間運行的任務。
另一個提示：當您知道要傳送的值的數量時，請使用緩衝通道。他們可以透過減少同步來提高效能。
讓我們用一個複雜的範例來結束：分散式任務處理器。這結合了我們討論過的許多模式：
func main() {
go func() {
fmt.Println("Hello from a goroutine!")
}()
time.Sleep(time.Second)
}
該系統將任務分配給多個工作人員，並發處理它們，並收集結果。
總之，Go 的並發原語是強大的工具。它們讓我們相對輕鬆地建構複雜的高效能係統。但權力越大，責任也越大。深入理解這些模式對於避免死鎖和競爭條件等常見陷阱至關重要。
請記住，並發並不總是答案。有時，簡單的順序程式碼更清晰、更快。始終分析您的程式碼以確保並發性確實提高了效能。
最後，繼續學習。 Go 社群正在不斷開發新的模式和最佳實踐。保持好奇心，進行實驗並分享您的發現。這就是我們作為開發者的成長方式。
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