Go 語言入門很簡單 -- 15. Go 并發基礎知識 #私藏項目實操分享#

在操作系統中，進程和線程的執行都具有并發性。

并發是指向一段時間內，多個任務可以共享系統資源，同時執行。

并行是指從某個時刻開始，多個任務同時執行。

程序的順序執行

如果在程序中，語句一條語句一條語句順序排列的，如果系統中只有一個程序，那么程序執行時也是按照程序語句排列先后次序，一條一條地執行下去。這種方式就像工廠生產流水線加工方式那樣，這種程序設計方式就叫做順序程序設計。

在單任務、單處理機系統環境中，內存中只有一道程序作業在執行，一個程序完成后，下一個程序作業才能進入內存繼續執行。

這種順序執行的程序有三個特點：

嚴格順序執行。每條程序語句的執行都以前一條語句的結束為前提條件

一個程序在計算機中運行時獨占全部系統資源。只有程序本身的動作才能改變程序的運行環境。

程序的執行結果與程序的運行速度無關。即處理機在執行程序任何兩條語句之間的停頓，對程序的運算結果不發生影響。

這三個特點概括起來就是程序的封閉性和可再現性。

封閉性：程序一旦運行起來，其計算結果僅僅取決于程序本身，即運行結果唯一。

可再現性：指同一程序可反復執行，且每次執行結果相同。

程序的并發執行

程序的順序執行限制系統內存中只有一道程序作業，這顯然限制了系統性能的發揮，且資源利用率不高。

現代操作系統都支持程序的并發執行。

所謂并發執行是指在同一時間間隔內，多個程序可以“同時”執行。

在單處理機系統中，進程(或線程)通過時間片或者讓出控制權來實現任務切換，以達到“同時”運行多個程序的目的。

這種方式叫做程序并發執行，但實際上任何時刻都只有一個任務被執行，其他任務則通過某個算法來排隊準備執行。

即宏觀上多個程序任務是“同時”執行，但微觀上各任務還是一個一個地順序執行。

程序的并發執行可以使得多個程序可以共享系統資源，提高系統資源利用率，還可以增加系統吞吐量。

同時，系統的并發執行和資源共享也使得系統環境變得非常復雜，不像順序執行那么簡單。

程序的并發執行基本是由操作系統提供的，Go 在語言層面就支持并發特性。

程序的并行執行

和并發執行不同，程序的并行執行是指同一時刻，多個程序可以同時執行。在多處理機系統中，可以讓多個進程，或同一進程內的多個線程做到真正意義上的同時執行，它們之間不需要排隊(這是在理想情況下，系統中進程(線程)的數量可能超過處理機的數量，這是依然需要排隊)。在這種情況下，多個程序才能達到真正意義上的“同時”執行，即并行執行。

進程的概念

進程是在并發環境下，程序的一次動態執行過程。它由進程控制塊(PCB)、程序和數據三部分組成，進程在它的生命周期內可能處于執行、就緒、阻塞三種基本狀態。

在多任務操作系統中，多個進程可以并發執行，而且進程是系統資源分配的基本單位。系統中每個進程都有自己的內存映像區，且互不影響，所以管理簡單，但缺點是系統開銷大。所以，系統能同時創建的進程數量是有限的，不能太多。

線程的概念

由于進程的系統開銷大，操作系統的設計者們又提出來更小的獨立運行的單位——線程。

通過線程來提高系統內程序并發執行的程度，從而進一步提高系統的吞吐量。

在操作系統中，線程是由進程創建的，所以它繼承了進程的部分資源，且具有進程的一些基本特征。所以多個線程之間也可以并發執行，且比進程的系統開銷小。

但是，和進程一樣，線程依然是由系統內核管理的，所以在高并發情況下，系統能創建的線程數量依然有限，效率也不高。

協程的概念

協程本質上是一種用戶態線程，不需要操作系統進行搶占式調度，而且在真正的實現中寄存于線程中。因此，協程系統開銷極小，可以有效提高線程任務的并發性，避免高并發模式下線程的缺點。

協程最大優勢在于其“輕量級”，可以輕松創建上百萬個而不會導致系統資源衰竭，而系統最多能創建的進程、線程的數量卻少得多。

使用協程的有點是編程簡單，結果清晰。但缺點是需要語言的支持，如果語言不支持，則需要用戶在程序中自行實現調度。

目前，原生支持協程的語言還很少。

Goroutine

Go 語言在語言級別支持輕量級線程，叫做 Goroutine，Go 語言標準庫提供的所有系統調用操作(包括同步I/O操作)，都會讓出處理機給其他 Goroutine。這使得輕量級線程的切換管理不依賴于系統的進程和線程，也不依賴于 CPU 的核心數量。

Go 任務調度

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