2025年1月1日
Learn Concurrent Programming With Go
学习 Go 并发编程
Learn Concurrent Programming With Go
书中详细介绍了Go语言的并发编程，涵盖了并发编程的基础知识、常见的并发模式（如管道和工作池）、线程间的通信方式（内存共享和消息传递）、以及如何避免死锁和竞争条件等内容。 书中使用了大量的代码示例和图表，帮助读者理解并掌握Go语言中的并发编程技巧，并提升软件性能和响应速度。
第一章：步入并发编程
- 并发（Concurrency） 是一种程序代码的属性，它将指令分组为独立的任务，并规划任务之间的边界和同步点。并发存在于我们日常生活和工作中，例如多人同时在线购物或汽车行驶。
- 并行（Parallelism） 是程序执行的属性，它指同时执行多个任务。并行是并发的子集，只有并发程序才能并行执行。
- Go 语言 在设计时就考虑了高性能的并发，因此是学习并发编程的理想选择。Go 使用 goroutine 作为基本的并发执行单元，它是一种轻量级的用户级线程，由 Go 的运行时管理。
- Go 提供了两种并发模型：通信顺序进程（CSP） 模型和传统的 内存共享 模型。CSP 模型通过消息传递进行通信，而内存共享模型使用互斥锁和条件变量等原语进行同步。
第二章：处理线程
- 操作系统 将作业的状态分为多个阶段，包括等待执行、正在执行、等待 I/O 等。
- 绿色线程 （green threads） 是用户级线程的一种实现，但 Go 的 goroutine 可以充分利用多核 CPU。
- 并发 是关于如何同时做多件事的计划，而 并行 是关于同时执行多件事。
- 即使只有一个处理器，通过频繁的 上下文切换 ，也可以实现伪并行执行。
第三章：使用内存共享进行线程通信
- 竞态条件 （race condition） 指多个 goroutine 并发访问共享资源时，由于执行顺序不确定而导致结果错误。
- 原子操作 （atomic operation） 是不可中断的操作，可以避免竞态条件。
- 为了避免竞态条件，需要进行 同步 和 通信 。Go 提供了多种同步工具，例如互斥锁（mutex）和条件变量。
- Go 的竞态检测器可以帮助我们找到代码中的竞态条件。
第四章：使用互斥锁进行同步
- 互斥锁（Mutex） 是一种并发控制机制，它只允许一个执行单元（例如 goroutine）进入 临界区。
- Go 的
sync包提供了Mutex类型，它提供了Lock()和Unlock()操作来保护临界区。 - 当多个 goroutine 同时尝试锁定互斥锁时，只有一个 goroutine 会成功获得锁，其他 goroutine 将被挂起，直到锁被释放。
TryLock()操作尝试获取锁，如果锁不可用，则立即返回false，而不会阻塞。- 读写锁（RWMutex） 允许多个 goroutine 同时读取共享资源，但只允许一个 goroutine 写入共享资源。
- 读优先 的读写锁可能会导致 写饥饿 ，即写 goroutine 无法获得锁。
第五章：条件变量和信号量
- 条件变量（Condition Variable） 提供了在互斥锁基础上额外的功能，允许 goroutine 等待特定条件发生。
Wait()操作会原子地释放互斥锁并挂起 goroutine 的执行。Signal()或Broadcast()操作会唤醒等待在条件变量上的 goroutine。- 如果调用
Signal()或Broadcast()时没有 goroutine 在等待，则信号会被丢失。 - 可以使用条件变量实现 写优先 的读写锁，避免写饥饿。
- 信号量（Semaphore） 用于控制允许同时执行临界区的 goroutine 的数量。信号量可以记录信号，即使没有 goroutine 在等待。
- 二元信号量 是一种只允许一个许可证的信号量，类似于互斥锁。
第六章：使用 WaitGroup 和 Barrier 进行同步
- WaitGroup 用于等待一组任务完成。
Add(delta int)增加 WaitGroup 的计数器。Done()减少 WaitGroup 的计数器。Wait()阻塞直到计数器变为 0。
- 可以使用信号量或条件变量来实现 WaitGroup。
- Barrier 用于同步多个 goroutine 到达一个共同点。所有 goroutine 必须都到达 barrier 才能继续执行.
- 可以使用条件变量来实现 Barrier.
- WaitGroup 用于等待一组任务完成。
第七章：使用消息传递进行通信
- 通道（Channel） 是 goroutine 之间通信的管道，它可以是 无缓冲 的或 有缓冲 的。
- 使用
make(chan T)创建无缓冲通道，使用make(chan T, capacity)创建有缓冲通道。 <-操作符用于发送和接收消息，发送时通道在左边，接收时通道在右边。- 无缓冲通道的发送和接收操作是同步的，发送方会阻塞直到接收方接收消息。
- 有缓冲通道可以在缓冲区未满时允许发送方继续发送消息。
- 通道可以指定发送或接收方向，例如
chan<- int表示只能发送的通道，<-chan int表示只能接收的通道。 - 可以使用
close(channel)关闭通道，关闭后不能再向通道发送消息。 - 从已关闭的通道接收消息会得到通道类型的零值，例如
int类型的通道返回 0. - 可以使用
for range循环从通道接收消息，直到通道关闭. - 通道内部类似于固定大小的队列数据结构，需要使用互斥锁保护共享数据结构.
- 可以使用信号量来阻塞发送方或接收方，当缓冲区满时阻塞发送方，当缓冲区空时阻塞接收方.
第八章：选择通道
select语句允许一个 goroutine 从多个通道读取消息。- 当多个
case都准备好时，select语句会随机选择一个case执行。 - 可以使用
select语句进行 非阻塞 通道操作，当通道没有消息时，执行defaultcase。 - 可以将
defaultcase 用于并发计算，并使用一个通道来发出停止信号. - 可以将通道的 nil 值用作禁用
select语句中的case，从而实现动态地添加和删除通信源。 - 可以使用
select语句将多个通道的数据合并到一个流中，这种模式称为 扇入 (fan-in). - 消息传递 比 内存共享 更容易理解，代码更简洁。
- 松耦合 的系统更容易测试和维护。
- 在某些情况下，内存共享可能比消息传递性能更好.
第九章：使用通道的常见模式
- 哨兵值 (Sentinel Value) 或 毒丸消息 (Poison Pill Message) 是用于通知执行终止的预定义值.
- 扇出（fan-out）模式用于将一个计算的输出分发给多个并发的 goroutine.
- 可以使用
select语句和动态通道来实现更复杂的扇入模式，动态地合并多个数据源. CreateAll()和CloseAll()函数是使用动态通道时常用的辅助函数.
第十章：并发模式
- 可以使用通道在循环的每次迭代中进行并发计算.
- 可以使用通道和
select语句实现非阻塞的工作池，避免因工作池满而阻塞客户端. - 可以使用通道和映射函数实现可重用的 管道模式.
第十一章：避免死锁
- 死锁 是指两个或多个 goroutine 互相等待对方释放资源而无法继续执行的情况。
- 资源分配图 （Resource Allocation Graph） 可以用于表示系统中资源的分配和请求情况.
- 死锁发生需要同时满足以下四个条件：互斥、等待条件、不可抢占、循环等待.
- 可以使用死锁检测来发现死锁，或使用死锁预防技术来避免死锁.
- 银行家算法 可用于避免死锁，它通过动态地检查资源分配请求来确保系统处于安全状态.
- 可以使用 仲裁器 (Arbitrator) 来避免循环等待导致的死锁，仲裁器用于控制资源的分配.
- 可以使用
select语句来避免通道之间的循环等待导致的死锁.
第十二章：原子操作，自旋锁和 Futex
- 原子变量 提供了对基本数据类型进行原子操作的能力，例如读取，写入，增加和比较.
- 可以使用原子变量实现计数器和互斥锁等同步机制.
- CompareAndSwap 函数可以原子地比较变量值并进行交换.
- 自旋锁 （spin lock） 是一种完全在用户空间实现的互斥锁，它使用循环等待来获取锁.
- Futex 是一种操作系统调用，允许进程在等待锁释放时减少 CPU 消耗.
- 可以使用 Futex 来优化互斥锁的实现，仅当有等待锁的执行单元时才调用
futex_wakeup(). - Go 的
sync.mutex结合了原子操作，自旋锁和 Futex 等多种技术来提高性能. sync.mutex有 普通模式 和 饥饿模式 两种操作模式，根据情况选择合适的模式.