Go语言简介 — 特性

陈皓 2,313 views 2

goroutine

  • GoRoutine主要是使用go关键字来调用函数,你还可以使用匿名函数,如下所示:
package main
import "fmt"
 
func f(msg string) {
    fmt.Println(msg)
}
 
func main(){
    go f("goroutine")
 
    go func(msg string) {
        fmt.Println(msg)
    }("going")
}
  • 你可以简单的把go关键字调用的函数想像成pthread_create。下面的代码使用for循环创建了3个线程,每个线程使用一个随机的Sleep时间,然后在routine()函数中会输出一些线程执行的时间信息。
package main
 
import "fmt"
import "time"
import "math/rand"
 
func routine(name string, delay time.Duration) {
 
    t0 := time.Now()
    fmt.Println(name, " start at ", t0)
 
    time.Sleep(delay)
 
    t1 := time.Now()
    fmt.Println(name, " end at ", t1)
 
    fmt.Println(name, " lasted ", t1.Sub(t0))
}
 
func main() {
 
    //生成随机种子
    rand.Seed(time.Now().Unix())
 
    var name string
    for i:=0; i<3; i++{
        name = fmt.Sprintf("go_%02d", i) //生成ID
        //生成随机等待时间,从0-4秒
        go routine(name, time.Duration(rand.Intn(5)) * time.Second)
    }
 
    //让主进程停住,不然主进程退了,goroutine也就退了
    var input string
    fmt.Scanln(&input)
    fmt.Println("done")
}
  • 运行的结果可能是:
go_00  start at  2012-11-04 19:46:35.8974894 +0800 +0800
go_01  start at  2012-11-04 19:46:35.8974894 +0800 +0800
go_02  start at  2012-11-04 19:46:35.8974894 +0800 +0800
go_01  end at  2012-11-04 19:46:36.8975894 +0800 +0800
go_01  lasted  1.0001s
go_02  end at  2012-11-04 19:46:38.8987895 +0800 +0800
go_02  lasted  3.0013001s
go_00  end at  2012-11-04 19:46:39.8978894 +0800 +0800
go_00  lasted  4.0004s

goroutine的并发安全性

  • 关于goroutine,我试了一下,无论是Windows还是Linux,基本上来说是用操作系统的线程来实现的。不过,goroutine有个特性,也就是说,如果一个goroutine没有被阻塞,那么别的goroutine就不会得到执行。这并不是真正的并发,如果你要真正的并发,你需要在你的main函数的第一行加上下面的这段代码:
import "runtime"
...
runtime.GOMAXPROCS(4)
  • 还是让我们来看一个有并发安全性问题的示例
  • 这是一个经常出现在教科书里卖票的例子,我启了5个goroutine来卖票,卖票的函数sell_tickets很简单,就是随机的sleep一下,然后对全局变量total_tickets作减一操作。
package main
 
import "fmt"
import "time"
import "math/rand"
import "runtime"
 
var total_tickets int32 = 10;
 
func sell_tickets(i int){
    for{
        if total_tickets > 0 { //如果有票就卖
            time.Sleep( time.Duration(rand.Intn(5)) * time.Millisecond)
            total_tickets-- //卖一张票
            fmt.Println("id:", i, "  ticket:", total_tickets)
        }else{
            break
        }
    }
}
 
func main() {
    runtime.GOMAXPROCS(4) //我的电脑是4核处理器,所以我设置了4
    rand.Seed(time.Now().Unix()) //生成随机种子
 
    for i := 0; i < 5; i++ { //并发5个goroutine来卖票
         go sell_tickets(i)
    }
    //等待线程执行完
    var input string
    fmt.Scanln(&input)
    fmt.Println(total_tickets, "done") //退出时打印还有多少票
}
  • 这个程序毋庸置疑有并发安全性问题,所以执行起来你会看到下面的结果
$ go run sell_tickets.go
id: 0   ticket: 9  
id: 0   ticket: 8  
id: 4   ticket: 7  
id: 1   ticket: 6  
id: 3   ticket: 5  
id: 0   ticket: 4  
id: 3   ticket: 3  
id: 2   ticket: 2  
id: 0   ticket: 1  
id: 3   ticket: 0  
id: 1   ticket: -1  
id: 4   ticket: -2  
id: 2   ticket: -3  
id: 0   ticket: -4  
-4 done
  • 可见,我们需要使用上锁,我们可以使用互斥量来解决这个问题。
package main

import (
	"fmt"
	"runtime"
	"math/rand"
	"time"
	"sync"
)

var total_tickets int32 = 10;
var mutex = &sync.Mutex{}

func sell_tickets(i int){
	for total_tickets>0 {
		mutex.Lock()
		if total_tickets > 0 { //如果有票就卖
			time.Sleep( time.Duration(rand.Intn(5)) * time.Millisecond)
			total_tickets-- //卖一张票
			fmt.Println("id:", i, "  ticket:", total_tickets)
		} else{
			break
		}
		mutex.Unlock()
	}
}

func main() {
	runtime.GOMAXPROCS(4) //我的电脑是4核处理器,所以我设置了4
	rand.Seed(time.Now().Unix()) //生成随机种子

	for i := 0; i < 5; i++ { //并发5个goroutine来卖票
		go sell_tickets(i)
	}
	//等待线程执行完
	var input string
	fmt.Scanln(&input)
	fmt.Println(total_tickets, "done") //退出时打印还有多少票
}

原子操作

  • 我在这里就举一个很简单的示例:下面的程序有10个goroutine,每个会对cnt变量累加20次,所以,最后的cnt应该是200。如果没有atomic的原子操作,那么cnt将有可能得到一个小于200的数。

下面使用了atomic操作,所以是安全的

package main
 
import "fmt"
import "time"
import "sync/atomic"
 
func main() {
    var cnt uint32 = 0
    for i := 0; i < 10; i++ {
        go func() {
            for i:=0; i<20; i++ {
                time.Sleep(time.Millisecond)
                atomic.AddUint32(&cnt, 1)
            }
        }()
    }
    time.Sleep(time.Second)//等一秒钟等goroutine完成
    cntFinal := atomic.LoadUint32(&cnt)//取数据
    fmt.Println("cnt:", cntFinal)
}

Channel 信道

Channal是什么?Channal就是用来通信的,就像Unix下的管道一样,在Go中是这样使用Channel的。

  • 下面的程序演示了一个goroutine和主程序通信的例程。这个程序足够简单了。
package main
 
import "fmt"
 
func main() {
    //创建一个string类型的channel
    channel := make(chan string)
 
    //创建一个goroutine向channel里发一个字符串
    go func() { channel <- "hello" }()
 
    msg := <- channel
    fmt.Println(msg)
  • 指定channel的buffer
package main
import "fmt"
 
func main() {
    channel := make(chan string, 2)
 
    go func() {
        channel <- "hello"
        channel <- "World"
    }()
 
    msg1 := <-channel
    msg2 := <-channel
    fmt.Println(msg1, msg2)
}

Channel的阻塞

channel默认上是阻塞的,也就是说,如果Channel满了,就阻塞写,如果Channel空了,就阻塞读。于是,我们就可以使用这种特性来同步我们的发送和接收端。

  • 下面这个例程说明了这一点,代码有点乱,不过我觉得不难理解。
package main
 
import "fmt"
import "time"
 
func main() {
 
    channel := make(chan string) //注意: buffer为1
 
    go func() {
        channel <- "hello"
        fmt.Println("write \"hello\" done!")
 
        channel <- "World" //Reader在Sleep,这里在阻塞
        fmt.Println("write \"World\" done!")
 
        fmt.Println("Write go sleep...")
        time.Sleep(3*time.Second)
        channel <- "channel"
        fmt.Println("write \"channel\" done!")
    }()
 
    time.Sleep(2*time.Second)
    fmt.Println("Reader Wake up...")
 
    msg := <-channel
    fmt.Println("Reader: ", msg)
 
    msg = <-channel
    fmt.Println("Reader: ", msg)
 
    msg = <-channel //Writer在Sleep,这里在阻塞
    fmt.Println("Reader: ", msg)
}
  • 上面的代码输出的结果如下
Reader Wake up...
Reader:  hello
write "hello" done!
write "World" done!
Write go sleep...
Reader:  World
write "channel" done!
Reader:  channel

Channel阻塞的这个特性还有一个好处是,可以让我们的goroutine在运行的一开始就阻塞在从某个channel领任务,这样就可以作成一个类似于线程池一样的东西。

多个Channel的select

package main
import "time"
import "fmt"
 
func main() {
    //创建两个channel - c1 c2
    c1 := make(chan string)
    c2 := make(chan string)
 
    //创建两个goruntine来分别向这两个channel发送数据
    go func() {
        time.Sleep(time.Second * 1)
        c1 <- "Hello"
    }()
    go func() {
        time.Sleep(time.Second * 1)
        c2 <- "World"
    }()
 
    //使用select来侦听两个channel
    for i := 0; i < 2; i++ {
        select {
        case msg1 := <-c1:
            fmt.Println("received", msg1)
        case msg2 := <-c2:
            fmt.Println("received", msg2)
        }
    }
}

注意:上面的select是阻塞的,所以,才搞出ugly的for i <2这种东西。

Channel select阻塞的Timeout

解决上述那个for循环的问题,一般有两种方法:一种是阻塞但有timeout,一种是无阻塞。我们来看看如果给select设置上timeout的。

for {
    timeout_cnt := 0
    select {
    case msg1 := <-c1:
        fmt.Println("msg1 received", msg1)
    case msg2 := <-c2:
        fmt.Println("msg2 received", msg2)
    case  <-time.After(time.Second * 30):
        fmt.Println("Time Out")
        timout_cnt++
    }
    if time_cnt > 3 {
        break
    }

上面代码中高亮的代码主要是用来让select返回的,注意 case中的time.After事件。

Channel的无阻塞

  • 我们再来看看无阻塞的channel,其实也很简单,就是在select中加入default,如下所示:
for {
    select {
    case msg1 := <-c1:
        fmt.Println("received", msg1)
    case msg2 := <-c2:
        fmt.Println("received", msg2)
    default: //default会导致无阻塞
        fmt.Println("nothing received!")
        time.Sleep(time.Second)
    }
}

Channel的关闭

关闭Channel可以通知对方内容发送完了,不用再等了。

package main
 
import "fmt"
import "time"
import "math/rand"
 
func main() {
 
    channel := make(chan string)
    rand.Seed(time.Now().Unix())
 
    //向channel发送随机个数的message
    go func () {
        cnt := rand.Intn(10)
        fmt.Println("message cnt :", cnt)
        for i:=0; i<cnt; i++{
            channel <- fmt.Sprintf("message-%2d", i)
        }
        close(channel) //关闭Channel
    }()
 
    var more bool = true
    var msg string
    for more {
        select{
        //channel会返回两个值,一个是内容,一个是还有没有内容
        case msg, more = <- channel:
            if more {
                fmt.Println(msg)
            }else{
                fmt.Println("channel closed!")
            }
        }
    }
}
  • 结果如下:
message cnt : 0
channel closed!

定时器

Go语言中可以使用time.NewTimer或time.NewTicker来设置一个定时器,这个定时器会绑定在你的当前channel中,通过channel的阻塞通知机器来通知你的程序。

  • 下面是一个timer的示例。
package main
 
import "time"
import "fmt"
 
func main() {
    timer := time.NewTimer(2*time.Second)
 
    <- timer.C
    fmt.Println("timer expired!")
}
  • 上面的例程看起来像一个Sleep,是的,不过Timer是可以Stop的。你需要注意Timer只通知一次。如果你要像C中的Timer能持续通知的话,你需要使用Ticker。下面是Ticker的例程:
package main
 
import "time"
import "fmt"
 
func main() {
    ticker := time.NewTicker(time.Second)
 
    for t := range ticker.C {
        fmt.Println("Tick at", t)
    }
}

上面的这个ticker会让你程序进入死循环,我们应该放其放在一个goroutine中。下面这个程序结合了timer和ticker

package main
 
import "time"
import "fmt"
 
func main() {
 
    ticker := time.NewTicker(time.Second)
 
    go func () {
        for t := range ticker.C {
            fmt.Println(t)
        }
    }()
 
    //设置一个timer,10钞后停掉ticker
    timer := time.NewTimer(10*time.Second)
    <- timer.C
 
    ticker.Stop()
    fmt.Println("timer expired!")
}

Socket编程

一个Echo Server的Socket代码

  • SERVER端
package main
 
import (
    "net"
    "fmt"
    "io"
)
 
const RECV_BUF_LEN = 1024
 
func main() {
    listener, err := net.Listen("tcp", "0.0.0.0:6666")//侦听在6666端口
    if err != nil {
        panic("error listening:"+err.Error())
    }
    fmt.Println("Starting the server")
 
    for {
        conn, err := listener.Accept() //接受连接
        if err != nil {
            panic("Error accept:"+err.Error())
        }
        fmt.Println("Accepted the Connection :", conn.RemoteAddr())
        go EchoServer(conn)
    }
}
 
func EchoServer(conn net.Conn) {
    buf := make([]byte, RECV_BUF_LEN)
    defer conn.Close()
 
    for {
        n, err := conn.Read(buf);
        switch err {
            case nil:
                conn.Write( buf[0:n] )
            case io.EOF:
                fmt.Printf("Warning: End of data: %s \n", err);
                return
            default:
                fmt.Printf("Error: Reading data : %s \n", err);
                return
        }
     }
}
  • CLIENT端
package main
 
import (
    "fmt"
    "time"
    "net"
)
 
const RECV_BUF_LEN = 1024
 
func main() {
    conn,err := net.Dial("tcp", "127.0.0.1:6666")
    if err != nil {
        panic(err.Error())
    }
    defer conn.Close()
 
    buf := make([]byte, RECV_BUF_LEN)
 
    for i := 0; i < 5; i++ {
        //准备要发送的字符串
        msg := fmt.Sprintf("Hello World, %03d", i)
        n, err := conn.Write([]byte(msg))
        if err != nil {
            println("Write Buffer Error:", err.Error())
            break
        }
        fmt.Println(msg)
 
        //从服务器端收字符串
        n, err = conn.Read(buf)
        if err !=nil {
            println("Read Buffer Error:", err.Error())
            break
        }
        fmt.Println(string(buf[0:n]))
 
        //等一秒钟
        time.Sleep(time.Second)
    }
}

系统调用

Go语言那么C,所以,一定会有一些系统调用。Go语言主要是通过两个包完成的。一个是os包,一个是syscall包。(注意,链接被墙)

这两个包里提供都是Unix-Like的系统调用

  • syscall里提供了什么Chroot/Chmod/Chmod/Chdir…,Getenv/Getgid/Getpid/Getgroups/Getpid/Getppid…,还有很多如Inotify/Ptrace/Epoll/Socket/…的系统调用。
  • os包里提供的东西不多,主要是一个跨平台的调用。它有三个子包,Exec(运行别的命令), Signal(捕捉信号)和User(通过uid查name之类的)

syscall包的东西我不举例了,大家可以看看《Unix高级环境编程》一书。

  • os里的取几个例:

环境变量

package main
 
import "os"
import "strings"
 
 
func main() {
    os.Setenv("WEB", "https://coolshell.cn") //设置环境变量
    println(os.Getenv("WEB")) //读出来
 
    for _, env := range os.Environ() { //穷举环境变量
        e := strings.Split(env, "=")
        println(e[0], "=", e[1])
    }
}

执行命令行

  • 比较简单的示例
package main
import "os/exec"
import "fmt"
func main() {
    cmd := exec.Command("ping", "127.0.0.1")
    out, err := cmd.Output()
    if err!=nil {
        println("Command Error!", err.Error())
        return
    }
    fmt.Println(string(out))
}
  • 正规一点的用来处理标准输入和输出的示例如下:
package main
 
import (
    "strings"
    "bytes"
    "fmt"
    "log"
    "os/exec"
)
 
func main() {
    cmd := exec.Command("tr", "a-z", "A-Z")
    cmd.Stdin = strings.NewReader("some input")
    var out bytes.Buffer
    cmd.Stdout = &out
    err := cmd.Run()
    if err != nil {
        log.Fatal(err)
    }
    fmt.Printf("in all caps: %q\n", out.String())
}

命令行参数

Go语言中处理命令行参数很简单:(使用os的Args就可以了)

func main() {
    args := os.Args
    fmt.Println(args) //带执行文件的
    fmt.Println(args[1:]) //不带执行文件的
}
  • 在Windows下,如果运行结果如下:
C:\Projects\Go>  go run args.go aaa bbb ccc ddd
[C:\Users\haoel\AppData\Local\Temp\go-build742679827\command-line-arguments\_
obj\a.out.exe aaa bbb ccc ddd]
[aaa bbb ccc ddd]

那么,如果我们要搞出一些像 mysql -uRoot -hLocalhost -pPwd 或是像 cc -O3 -Wall -o a a.c 这样的命令行参数我们怎么办?Go提供了一个package叫flag可以容易地做到这一点

package main
import "flag"
import "fmt"
 
func main() {
 
    //第一个参数是“参数名”,第二个是“默认值”,第三个是“说明”。返回的是指针
    host := flag.String("host", "coolshell.cn", "a host name ")
    port := flag.Int("port", 80, "a port number")
    debug := flag.Bool("d", false, "enable/disable debug mode")
 
    //正式开始Parse命令行参数
    flag.Parse()
 
    fmt.Println("host:", *host)
    fmt.Println("port:", *port)
    fmt.Println("debug:", *debug)
}

执行起来会是这个样子:

#如果没有指定参数名,则使用默认值
$ go run flagtest.go
host: coolshell.cn
port: 80
debug: false
 
#指定了参数名后的情况
$  go run flagtest.go -host=localhost -port=22 -d
host: localhost
port: 22
debug: true
 
#用法出错了(如:使用了不支持的参数,参数没有=)
$  go build flagtest.go
$ ./flagtest -debug -host localhost -port=22
flag provided but not defined: -debug
Usage of flagtest:
  -d=false: enable/disable debug mode
  -host="coolshell.cn": a host name
  -port=80: a port number
exit status 2

一个简单的HTTP Server

package main
 
import (
    "fmt"
    "net/http"
    "io/ioutil"
    "path/filepath"
)
 
const http_root = "/home/haoel/coolshell.cn/"
 
func main() {
    http.HandleFunc("/", rootHandler)
    http.HandleFunc("/view/", viewHandler)
    http.HandleFunc("/html/", htmlHandler)
 
    http.ListenAndServe(":8080", nil)
}
 
//读取一些HTTP的头
func rootHandler(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
    fmt.Fprintf(w, "rootHandler: %s\n", r.URL.Path)
    fmt.Fprintf(w, "URL: %s\n", r.URL)
    fmt.Fprintf(w, "Method: %s\n", r.Method)
    fmt.Fprintf(w, "RequestURI: %s\n", r.RequestURI )
    fmt.Fprintf(w, "Proto: %s\n", r.Proto)
    fmt.Fprintf(w, "HOST: %s\n", r.Host) 
}
 
//特别的URL处理
func viewHandler(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
    fmt.Fprintf(w, "viewHandler: %s", r.URL.Path)
}
 
//一个静态网页的服务示例。(在http_root的html目录下)
func htmlHandler(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
    fmt.Printf("htmlHandler: %s\n", r.URL.Path)
     
    filename := http_root + r.URL.Path
    fileext := filepath.Ext(filename)
 
    content, err := ioutil.ReadFile(filename)
    if err != nil {
        fmt.Printf("   404 Not Found!\n")
        w.WriteHeader(http.StatusNotFound)
        return
    }
     
    var contype string
    switch fileext {
        case ".html", "htm":
            contype = "text/html"
        case ".css":
            contype = "text/css"
        case ".js":
            contype = "application/javascript"
        case ".png":
            contype = "image/png"
        case ".jpg", ".jpeg":
            contype = "image/jpeg"
        case ".gif":
            contype = "image/gif"
        default: 
            contype = "text/plain"
    }
    fmt.Printf("ext %s, ct = %s\n", fileext, contype)
     
    w.Header().Set("Content-Type", contype)
    fmt.Fprintf(w, "%s", content)
     
}

Go的功能库有很多,大家自己慢慢看吧。

后记

查阅转发的这篇文章,看了这么多,有些我都是懵的... ...

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  1. 杰新博客

    看不懂,慢慢学习。[aru_22]

    • olei
      olei 站长

      @杰新博客go我也仅仅会基础,主要用的还是python

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