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用 C 简单模拟 Google Go 语言中的 Channel 和 goroutine 机制

归档日期:06-24       文本归类:语言知识库      文章编辑:爱尚语录

  前段时间尝试了一点 Google 的 Go 语言,感觉其很多特性还是不错的。Go 语言旨在结合传统编译型的静态语言和解释型的动态语言的优点,在其中找到一个平衡。从而打造一个既快速(编译执行),又方便编程的语言(动态语言往往语法简单快捷)。同时,Go 语言还具备丰富的特性以支持并发编程,这在现在多核非常普及的情况下,是很重要和强大的一个功能。

  Go 语言的并发特性主要有 goroutine, channel 等。goroutine - 可以大致理解为一种轻量级的线程(或微线程),它是一种“分配在同一个地址空间内的,能够并行执行的函数”。同时,它是轻量级的,不需要像分配线程那样分配独立的栈空间。所以理论上讲,我们可以很容易的分配很多个 goroutine, 让它们并发执行,而其开销则比多线程程序要小得多,从而可以让程序支持比较大的并发性。channel - 顾名思义,就是通道。通道的目的是用来传递数据。在一个通道上我们可以执行数据的发送(Send)和接受(Receive)操作。对于非缓冲的 channel 而言,Receive 方法执行时,会判断该通道上是否有值,如果没有就会等待(阻塞),直到有一个值为止。同样,在 channel 上有值,而尚未被一个 Receiver 接受的时候,Send 方法也会阻塞,直到 Channel 变空。这样,通过一个简单的机制就可以保证 Send 和 Receive 总是在不同的时间执行的,而且只有 Send 之后才能 Receive. 这样就避免了常规的多线程编程中数据共享的问题。正如 Go 语言的文档一句话所说:

  在常规的多线程编程里,我们总是定义好一些类变量,如果这些变量有可能被多个线程同时访问,那么就需要加锁。这样带来了一定的编程复杂性,如果代码写的稍有bug,则会导致读/写到错误的值。而通过 channel 来沟通,我们得到了一个更为清晰的沟通方式。两个线程(或者 goroutine)要读写相同的数据,则创建一个通道,双方通过对这个通道执行 Send / Receive 的操作来设值或取值即可,相对而言,比较不容易出错。

  为了更好的理解这个原理,我尝试了在 C# 中实现类似的功能。相对于 goroutine, 我没有去实现微线程,因为这需要更复杂的调度机制(打算接下来进一步研究这方面)。我们可以暂时利用 Thread 来简单的模拟之。而 Channel, 则用 Semaphone 控制同步的 Send / Receive 就可以了。

  //如果是非缓冲的情况,则为阻塞式的,需要等待已有的值被一个 Receiver 接受完,

  有了这些,我们可以写一个 test case 来验证了。下面的代码简单的创建一个并发的 routine,分别做整数的 send, receive 操作,以验证是否能正确的发送和接受值:

  //用这个素数对列表进行过滤,在进入下一次循环,可以保证至少第一个数是素数

  因为代码中已经详细注释了,不多做解释。可以看到,利用 Channel 的概念(好像和 Reactive Programming 有点关系?),我们可以更清晰的构建多线程或者并发的应用程序。

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