深入解析golang中的goroutine并发与并行

哥伦布曾经说过：“一个鸡蛋如果被压碎是毫无价值的，但如果被孵化，它便能孕育出一只孔雀。” 这话同样也适用于goroutine。goroutine是Go语言并发编程的核心之一，是Go语言的一个重要特性。goroutine的高效和轻量级，就像一个孵化出了孔雀的鸡蛋。本文将深入探讨go语言中的goroutine并发与并行。

什么是goroutine？

在Go语言中，goroutine是一种轻量级的线程，它由Go运行时管理，在一个进程中可以有多个goroutines，而且它们可以同时并发运行。与操作系统线程不同的是，goroutine由Go运行时自动管理，也就是说，开发者不需要手动创建和销毁goroutine，只需要通过关键字go来启动一个goroutine，让它并发地执行指定的函数。

如下所示：

```
func main() {
    go func() {
        fmt.Println("hello, goroutine")
    }()
    fmt.Println("hello, main")
}
```

在这个例子中，我们通过关键字go启动了一个新的goroutine去执行func()里面的代码块。同时，main函数自己也在执行它自己的代码块。这样，我们就创建了两个并发执行的goroutine，其中一个是main函数自己，另一个是我们通过关键字go创建的goroutine。在这个例子中，我们可以看到，main函数并没有等待goroutine执行完毕再退出，而是直接退出了。这是因为，当一个程序退出时，它会直接杀死它所有的goroutine，不会等待它们执行完毕。

goroutine的优势

1. 轻量级

每个goroutine只占用了少量的内存，一个程序可以创建成千上万个goroutine都不会导致系统崩溃或运行缓慢。

2. 可以并发执行

由于goroutine是轻量级的线程，因此可以创建大量的goroutine来同时执行任务，可以提高程序的运行效率和响应速度。

3. 自动管理

Go运行时系统会自动管理和调度goroutine，不需要程序员手动参与管理，大大简化了并发编程的复杂度。

goroutine的实现原理

goroutine是通过线程来实现的，但与标准的线程不同的是，一个操作系统线程可以对应多个goroutine。在Go语言中，系统线程和goroutine并不是一一对应的，而是由Go的运行时系统来调度和管理。当一个goroutine因为等待IO等原因被阻塞时，Go运行时系统会自动将其与调度器中的其他goroutine切换，等待其他goroutine执行完毕后再切换回来继续执行。

goroutine的实现是基于协程的，协程是一种轻量级的用户态线程，可以在单个线程中实现并发执行。goroutine是运行在协程之上的。Go的运行时系统会为每个线程分配一个固定大小的栈（一般为2KB），用于存储函数调用状态等相关信息。当一个goroutine启动时，运行时系统会为其分配一个栈，然后在栈中运行对应的函数，函数调用完毕后，运行时系统会自动将栈释放。因此，goroutine具有很低的开销和高效的性能。

goroutine的并发与并行

并发和并行是两个相似但又截然不同的概念。Concurrency(并发)指的是程序的结构，也就是多个程序同时执行的能力。Parallelism(并行)指的是程序的运行方式，也就是多个程序同时执行的能力。

在Go语言中，goroutine可以实现并发和并行的操作。并发指的是程序的结构，多个goroutine可以同时执行，但并不一定同时完成，而并行指的是程序的运行方式，同时执行多个goroutine，多个操作可以同时完成。

例如，我们可以通过goroutine并发的处理一些IO密集型的操作：

```
func main() {
    var wg sync.WaitGroup
    wg.Add(2)
    go func() {
        defer wg.Done()
        time.Sleep(2 * time.Second)
        fmt.Println("goroutine 1")
    }()
    go func() {
        defer wg.Done()
        time.Sleep(1 * time.Second)
        fmt.Println("goroutine 2")
    }()
    wg.Wait()
}
```

在这个例子中，我们通过关键字go启动了两个goroutine，它们分别执行两个函数，分别是等待2秒后打印的“goroutine 1”和等待1秒后打印的“goroutine 2”。这两个goroutine可以同时执行，主函数会等待这两个goroutine执行完毕后才会退出。如果我们在执行程序时加上参数“-race”，Go语言会对程序进行数据竞争检测，以确保程序的正确性。我们可以看到，这个程序没有发生数据竞争，可以正常运行。

goroutine的并行可以通过多核CPU实现，多个CPU可以同时执行多个goroutine，实现并行处理。例如，我们可以修改上面的例子，进行并行处理：

```
func main() {
    var wg sync.WaitGroup
    wg.Add(2)
    go func() {
        defer wg.Done()
        time.Sleep(2 * time.Second)
        fmt.Println("goroutine 1")
    }()
    go func() {
        defer wg.Done()
        time.Sleep(1 * time.Second)
        fmt.Println("goroutine 2")
    }()
    wg.Wait()
}
```

在这个例子中，我们使用了runtime包中的GOMAXPROCS函数，将程序的最大可用CPU数量设置为2，这样就可以让两个goroutine在两个不同的CPU上并行执行。这个例子中使用的函数都是CPU密集型的函数，因此才能看到并行执行的效果。当然，在IO密集型的情况下，并行处理并不一定比并发处理更快。

总结：

通过本文的介绍，我们了解了Go语言中goroutine的基本概念、实现原理以及并发与并行的操作方法。goroutine的高效、轻量级和自动管理等特性，使得Go语言在并发编程方面具有很大的优势。在实际应用中，我们应该根据具体情况选择并发或者并行处理，以达到最优的运行效率和响应速度。