进程状态流程图.png

• 进程并发
  在使用进程 实现并发时会出现什么问题呢？

  1. 系统开销比较大，占用资源比较多，开启进程数量比较少。
  2. 在unix/linux系统下，还会产生“孤儿进程”和“僵尸进程”。

  通过前面查看操作系统的进程信息，我们知道在操作系统中，可以产生很多的进程。在unix/linux系统中，正常情况下，子进程是通过父进程fork创建的，子进程再创建新的进程。

  并且父进程永远无法预测子进程 到底什么时候结束。 当一个 进程完成它的工作终止之后，它的父进程需要调用系统调用取得子进程的终止状态。

  孤儿进程:父进程先于子进程结束，则子进程成为孤儿进程，子进程的父进程成为init进程，称为init进程领养孤儿进程。

  僵尸进程: 进程终止，父进程尚未回收，子进程残留资源（PCB）存放于内核中，变成僵尸（Zombie）进程。

  Windows下的进程和Linux下的进程是不一样的，它比较懒惰，从来不执行任何东西，只是为线程提供执行环境。然后由线程负责执行包含在进程的地址空间中的代码。当创建一个进程的时候，操作系统会自动创建这个进程的第一个线程，成为主线程。

2. 线程并发

• 什么是线程?
  LWP：light weight process 轻量级的进程，本质仍是进程 (Linux下)
  进程：独立地址空间，拥有PCB，最小分配资源单位，可看成是只有一个线程的进程。
  线程： 最小的执行单位，有独立的PCB，但没有独立的地址空间(共享)
  区别：在于是否共享地址空间。独居(进程)；合租(线程)。
  

  

  进程和线程.png

  
  Windows系统下，可以直接忽略进程的概念，只谈线程。因为线程是最小的执行单位，是被系统独立调度和分派的基本单位。而进程只是给线程提供执行环境。

• 线程同步
  同步即协同步调，按预定的先后次序运行。

  线程同步，指一个线程发出某一功能调用时，在没有得到结果之前，该调用不返回。同时其它线程为保证数据一致性，不能调用该功能。

  线程不同步产生的现象叫做“与时间有关的错误”(time related)。为了避免这种数据混乱，线程需要同步。

  “同步”的目的，是为了避免数据混乱，解决与时间有关的错误。实际上，不仅线程间需要同步，进程间、信号间等等都需要同步机制。

  因此，所有“多个控制流，共同操作一个共享资源”的情况，都需要同步。

• 互斥量mutex

  Linux中提供一把互斥锁mutex（也称之为互斥量）。

  每个线程在对资源操作前都尝试先加锁，成功加锁才能操作，操作结束解锁。

  资源还是共享的，线程间也还是竞争的，但通过“锁”就将资源的访问变成互斥操作，而后与时间有关的错误也不会再产生了。

  
  
  

  同步锁.png

  但，应注意：同一时刻，只能有一个线程持有该锁。

  当A线程对某个全局变量加锁访问，B在访问前尝试加锁，拿不到锁，B阻塞。C线程不去加锁，而直接访问该全局变量，依然能够访问，但会出现数据混乱。

  所以，互斥锁实质上是操作系统提供的一把“建议锁”（又称“协同锁”），建议程序中有多线程访问共享资源的时候使用该机制。但，并没有强制限定。

  因此，即使有了mutex，如果有线程不按规则来访问数据，依然会造成数据混乱。

• 读写锁
  与互斥量类似，但读写锁允许更高的并行性。其特性为：写独占，读共享。

  读写锁状态：
  特别强调：读写锁只有一把，但其具备两种状态：

  1. 读模式下加锁状态 (读锁)
  2. 写模式下加锁状态 (写锁)

  读写锁特性：

  1. 读写锁是“写模式加锁”时， 解锁前，所有对该锁加锁的线程都会被阻塞。
  2. 读写锁是“读模式加锁”时， 如果线程以读模式对其加锁会成功；如果线程以写模式加锁会阻塞。
  3. 读写锁是“读模式加锁”时， 既有试图以写模式加锁的线程，也有试图以读模式加锁的线程。那么读写锁会阻塞随后的读模式锁请求。优先满足写模式锁。读锁、写锁并行阻塞，写锁优先级高。

  读写锁也叫共享-独占锁。当读写锁以读模式锁住时，它是以共享模式锁住的；当它以写模式锁住时，它是以独占模式锁住的。写独占、读共享。

  读写锁非常适合于对数据结构读的次数远大于写的情况。

3. 协程并发

协程：coroutine。也叫轻量级线程。

与传统的系统级线程和进程相比，协程最大的优势在于“轻量级”。可以轻松创建上万个而不会导致系统资源衰竭。而线程和进程通常很难超过1万个。这也是协程别称“轻量级线程”的原因。

一个线程中可以有任意多个协程，但某一时刻只能有一个协程在运行，多个协程分享该线程分配到的计算机资源。

多数语言在语法层面并不直接支持协程，而是通过库的方式支持，但用库的方式支持的功能也并不完整，比如仅仅提供协程的创建、销毁与切换等能力。如果在这样的轻量级线程中调用一个同步 IO 操作，比如网络通信、本地文件读写，都会阻塞其他的并发执行轻量级线程，从而无法真正达到轻量级线程本身期望达到的目标。

在协程中，调用一个任务就像调用一个函数一样，消耗的系统资源最少！但能达到进程、线程并发相同的效果。

在一次并发任务中，进程、线程、协程均可以实现。从系统资源消耗的角度出发来看，进程相当多，线程次之，协程最少。

Go并发

1. 什么是Goroutine

goroutine是Go并行设计的核心。goroutine说到底其实就是协程，它比线程更小，十几个goroutine可能体现在底层就是五六个线程，Go语言内部帮你实现了这些goroutine之间的内存共享。执行goroutine只需极少的栈内存(大概是4~5KB)，当然会根据相应的数据伸缩。也正因为如此，可同时运行成千上万个并发任务。goroutine比thread更易用、更高效、更轻便。

一般情况下，一个普通计算机跑几十个线程就有点负载过大了，但是同样的机器却可以轻松地让成百上千个goroutine进行资源竞争。

2. Goroutine的创建

只需在函数调⽤语句前添加 go 关键字，就可创建并发执⾏单元。开发⼈员无需了解任何执⾏细节，调度器会自动将其安排到合适的系统线程上执行。

在并发编程中，我们通常想将一个过程切分成几块，然后让每个goroutine各自负责一块工作，当一个程序启动时，主函数在一个单独的goroutine中运行，我们叫它main goroutine。新的goroutine会用go语句来创建。而go语言的并发设计，让我们很轻松就可以达成这一目的。

示例代码：

package main

import (
    "fmt"
    "time"
)

func newTask() {
    i := 0
    for {
        i++
        fmt.Printf("new goroutine: i = %dn", i)
        time.Sleep(1 * time.Second) //延时1s
    }
}

func main() {
    //创建一个 goroutine，启动另外一个任务
    go newTask()
    i := 0
    //main goroutine 循环打印
    for {
        i++
        fmt.Printf("main goroutine: i = %dn", i)
        time.Sleep(1 * time.Second) //延时1s
    }
}

3. Goroutine特性

主goroutine退出后，其它的工作goroutine也会自动退出：

package main

import (
"fmt"
"time"
)

func newTask() {
    i := 0
    for {
        i++
        fmt.Printf("new goroutine: i = %dn", i)
        time.Sleep(1 * time.Second) //延时1s
    }
}

func main() {
    //创建一个 goroutine，启动另外一个任务
    go newTask()

    fmt.Println("main goroutine exit")
}

4. runtime包

• Gosched
  runtime.Gosched() 用于让出CPU时间片，让出当前goroutine的执行权限，调度器安排其他等待的任务运行，并在下次再获得cpu时间轮片的时候，从该出让cpu的位置恢复执行。

  有点像跑接力赛，A跑了一会碰到代码runtime.Gosched() 就把接力棒交给B了，A歇着了，B继续跑。

  示例代码：

package main

import (
"fmt"
"runtime"
)

func main() {
    //创建一个goroutine
    go func(s string) {
        for i := 0; i < 2; i++ {
            fmt.Println(s)
        }
    }("world")

    for i := 0; i < 2; i++ {
        runtime.Gosched()  //import "runtime" 包
        /*
            屏蔽runtime.Gosched()运行结果如下：
                hello
                hello

            没有runtime.Gosched()运行结果如下：
                world
                world
                hello
                hello
        */
        fmt.Println("hello")
    }
}

以上程序的执行过程如下：
主协程进入main()函数，进行代码的执行。当执行到go func()匿名函数时，创建一个新的协程，开始执行匿名函数中的代码，主协程继续向下执行，执行到runtime.Gosched( )时会暂停向下执行，直到其它协程执行完后，再回到该位置，主协程继续向下执行。

• Goexit
  调用 runtime.Goexit() 将立即终止当前 goroutine 执⾏，调度器确保所有已注册 defer延迟调用被执行。

  示例代码:

package main

import (
"fmt"
"runtime"
)

func main() {
   go func() {
       defer fmt.Println("A.defer")

       func() {
           defer fmt.Println("B.defer")
           runtime.Goexit() // 终止当前 goroutine, import "runtime"
           fmt.Println("B") // 不会执行
       }()

       fmt.Println("A") // 不会执行
   }()     //不要忘记()

   //死循环，目的不让主goroutine结束
   for {
   }
}

• GOMAXPROCS
  调用 runtime.GOMAXPROCS() 用来设置可以并行计算的CPU核数的最大值，并返回之前的值。

  示例代码：

package main

import (
    "fmt"
)

func main() {
//n := runtime.GOMAXPROCS(1)    // 第一次 测试
//打印结果：111111111111111111110000000000000000000011111...

n := runtime.GOMAXPROCS(2)         // 第二次 测试
//打印结果：010101010101010101011001100101011010010100110...
    fmt.Printf("n = %dn", n)

    for {
        go fmt.Print(0)
        fmt.Print(1)
    }
}

在第一次执行runtime.GOMAXPROCS(1) 时，最多同时只能有一个goroutine被执行。所以会打印很多1。过了一段时间后，GO调度器会将其置为休眠，并唤醒另一个goroutine，这时候就开始打印很多0了，在打印的时候，goroutine是被调度到操作系统线程上的。

在第二次执行runtime.GOMAXPROCS(2) 时， 我们使用了两个CPU，所以两个goroutine可以一起被执行，以同样的频率交替打印0和1。