golang的并发控制技术及原理（一：channel,waitgroup,context）

梦里梦外; 2022-10-16 00:43 200阅读 0赞

go的并发控制手段有  
channel，waitgroup，context，  
sync包中的rwlock,lock,pool,Once,cond,map等在另一篇文章介绍。

这篇文章将介绍这些并发控制技术的使用方式以及实现原理

**目录**

一：channel

二：waitgroup

底层结构

方法

方法的实现原理

waitgroup的使用

注意事项

三：context

Context 接口

Context 接口的实现结构

对外函数

使用方式

使用规范

使用示例

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## 一：channel ##

对于channel的使用方式和实现原理，另一篇文章已有介绍，这里就不再多赘述。

## 二：waitgroup ##

sync.WaitGroup用来解决携程间的同步阻塞等待的问题。  
可以用于一个goroutine阻塞等待n个goroutine  
也可以用于n个goroutine阻塞等待1个。  
或者n个阻塞等待m个。

### 底层结构 ###

底层结构存储有12个字节  
4字节的计数器，4字节的等待者个数，4字节是信号量

### 方法 ###

waitgroup结构有3个方法：Add,Wait,Done,其中Done调用的是Add(-1)

### 方法的实现原理 ###

Add方法中，根据传入参数去计算计数器，如果计数器为0，则根据等待者个数假设为n，  
则调用n次释放信号量，去唤醒等待的goroutine

Wait方法中，先判断计数器为0则不等待立即返回，否则累加等待者个数后使用信号量挂起当前的goroutine、  
使用方法也比较简单。

### waitgroup的使用 ###

使用方法也比较简单。  
工作的携程每次开启则Add(1),执行结束则Done  
阻塞等待的携程只需要调用Wait()即可。

### 注意事项 ###

1.waitgroup变量在传递的过程中因为是值类型的，所以传参过程需要传递指针，  
否则传参过去是一份拷贝，工作携程调用Done不会唤醒等待的携程。造成永久阻塞。  
2.add和wait一定要在同一个携程里面操作。  
不然如果add再另一个携程里面，wait的携程可能还没等待另一个携程add就已经退出。

## 三：context ##

Golang context是Golang的并发控制技术， 它与WaitGroup的不同点是context更容易控制派生的goroutine。  
context 主要用来往子孙 goroutine 传递上下文信息，包括：取消信号、超时时间、截止时间、k-v 等。  
通过context，我们可以方便地对同一个请求所产生地goroutine进行约束管理，可以设定超时、deadline，甚至是取消这个请求相关的所有goroutine。  
上下文则几乎已经成为传递与请求同生存周期变量的标准方法。在网络编程下，当接收到一个网络请求Request，处理Request时，我们可能需要开启不同的Goroutine来获取数据与逻辑处理，即一个请求Request，会在多个Goroutine中处理。而这些Goroutine可能需要共享Request的一些信息；同时当Request被取消或者超时的时候，所有从这个Request创建的所有Goroutine也应该被结束。

### Context 接口 ###

type Context interface {
        Deadline() (deadline time.Time, ok bool)
        Done() <-chan struct{}
        Err() error
        Value(key interface{}) interface{}
    }

Deadline使用场景，子goroutinue会返回一个超时时间，Goroutine获得了超时时间后，例如可以对某些io操作设定超时时间。  
Done方法返回一个信道（channel），即它是一个表示Context是否已关闭的信号  
当Done信道关闭后，Err方法表明Context被撤的原因。  
Value可以让Goroutine共享一些数据，当然获得数据是协程安全的。但使用这些数据的时候要注意同步，比如返回了一个map，而这个map的读写则要加锁。

### Context 接口的实现结构 ###

emptycontext 实现，通常用作父的context  
cancelCtx 实现，父goroutine主动调用cancel函数取消子goroutinue  
timerCtx ，父goroutine主动取消，或者定时或指定时间调用cancel函数取消子goroutinue  
valueCtx ，父goroutinue将值传给子goroutinue

### 对外函数 ###

//go 的context对外提供6个函数
    func Background() Context
    func TODO() Context
    // 返回 emptyCtx
    
    func WithCancel(parent Context) (ctx Context, cancel CancelFunc)
    // 返回cancelCtx
    
    func WithDeadline(parent Context, deadline time.Time) (Context, CancelFunc)
    func WithTimeout(parent Context, timeout time.Duration) (Context, CancelFunc)
    WithTimeout函数内也是调用WithDeadline
    // 返回timerCtx
    
    func WithValue(parent Context, key, val interface{}) Context
    // 返回valueCtx

### 使用方式 ###

Goroutine，他们的创建和调用关系总是像层层调用进行的，就像人的辈分一样，而更靠顶部的Goroutine应有办法主动关闭其下属的Goroutine的执行（不然程序可能就失控了）。为了实现这种关系，Context结构也应该像一棵树，叶子节点须总是由根节点衍生出来的。

要创建Context树，第一步就是要得到根节点，context.Background函数的返回值就是根节点Background()它常常作为处理Request的顶层context存在。  
有了根节点，又该怎么创建其它的子节点，孙节点呢？context包为我们提供了多个函数来创建他们：

### 使用规范 ###

1.不要把context存储在结构体中，而是要显式地进行传递  
2.把context作为第一个参数，并且一般都把变量命名为ctx  
3.就算是程序允许，也不要传入一个nil的context，如果不知道是否要用context的话，用context.TODO()来替代  
4.context.WithValue()只用来传递请求范围的值，不要用它来传递可选参数  
5.就算是被多个不同的goroutine使用，context也是安全的

### 使用示例 ###

valueCtx  
这里子携程中一直使用ctx中的值处理逻辑  
或者等待取消结束运行，这里不会结束，因为valueCtx没有取消函数，  
一般都和别的组合使用。

package main
    
    import (
    	"fmt"
    	"time"
    	"context"
    )
    
    func HandelRequest(ctx context.Context) {
    	for {
    		select {	
    			case <-ctx.Done():
    			fmt.Println("HandelRequest Done.")
    			return
    		default:
    			fmt.Println("HandelRequest running, parameter: ", ctx.Value("parameter"))
    			time.Sleep(2 * time.Second)
    		}
    	}
    }
    
    func main() {
    	ctx := context.WithValue(context.Background(), "parameter", "1")
    	go HandelRequest(ctx)
    
    	time.Sleep(10 * time.Second)
    }