Golang 中怎么實現并發限制與超時控制

Golang 中怎么實現并發限制與超時控制，相信很多沒有經驗的人對此束手無策，為此本文總結了問題出現的原因和解決方法，通過這篇文章希望你能解決這個問題。

并發

我們先來跑一個簡單的并發看看

package main

import (
  "fmt"
  "time"
)

func run(task_id, sleeptime int, ch chan string) {

  time.Sleep(time.Duration(sleeptime) * time.Second)
  ch <- fmt.Sprintf("task id %d , sleep %d second", task_id, sleeptime)
  return
}

func main() {
  input := []int{3, 2, 1}
  ch := make(chan string)
  startTime := time.Now()
  fmt.Println("Multirun start")
  for i, sleeptime := range input {
    go run(i, sleeptime, ch)
  }

  for range input {
    fmt.Println(<-ch)
  }

  endTime := time.Now()
  fmt.Printf("Multissh finished. Process time %s. Number of tasks is %d", endTime.Sub(startTime), len(input))
}

函數 run() 接受輸入的參數，sleep 若干秒。然后通過 go 關鍵字并發執行，通過 channel 返回結果。

channel 顧名思義，他就是 goroutine 之間通信的“管道"。管道中的數據流通，實際上是 goroutine 之間的一種內存共享。我們通過他可以在 goroutine 之間交互數據。

ch <- xxx // 向 channel 寫入數據
<- ch // 從 channel 中讀取數據

channel 分為無緩沖(unbuffered)和緩沖(buffered)兩種。例如剛才我們通過如下方式創建了一個無緩沖的 channel。

ch := make(chan string)

channel 的緩沖，我們一會再說，先看看剛才看看執行的結果。

Multirun start
task id 2 , sleep 1 second
task id 1 , sleep 2 second
task id 0 , sleep 3 second
Multissh finished. Process time 3s. Number of tasks is 3
Program exited.

三個 goroutine `分別 sleep 了 3，2，1秒。但總耗時只有 3 秒。所以并發生效了，go 的并發就是這么簡單。

按序返回

剛才的示例中，我執行任務的順序是 0，1，2。但是從 channel 中返回的順序卻是 2，1，0。這很好理解，因為 task 2 執行的最快嘛，所以先返回了進入了 channel，task 1 次之，task 0 最慢。

如果我們希望按照任務執行的順序依次返回數據呢？可以通過一個 channel 數組（好吧，應該叫切片）來做，比如這樣

package main

import (
  "fmt"
  "time"
)

func run(task_id, sleeptime int, ch chan string) {

  time.Sleep(time.Duration(sleeptime) * time.Second)
  ch <- fmt.Sprintf("task id %d , sleep %d second", task_id, sleeptime)
  return
}

func main() {
  input := []int{3, 2, 1}
  chs := make([]chan string, len(input))
  startTime := time.Now()
  fmt.Println("Multirun start")
  for i, sleeptime := range input {
    chs[i] = make(chan string)
    go run(i, sleeptime, chs[i])
  }

  for _, ch := range chs {
    fmt.Println(<-ch)
  }

  endTime := time.Now()
  fmt.Printf("Multissh finished. Process time %s. Number of tasks is %d", endTime.Sub(startTime), len(input))
}

運行結果，現在輸出的次序和輸入的次序一致了。

Multirun start
task id 0 , sleep 3 second
task id 1 , sleep 2 second
task id 2 , sleep 1 second
Multissh finished. Process time 3s. Number of tasks is 3
Program exited.

超時控制

剛才的例子里我們沒有考慮超時。然而如果某個 goroutine 運行時間太長了，那很肯定會拖累主 goroutine 被阻塞住，整個程序就掛起在那兒了。因此我們需要有超時的控制。

通常我們可以通過select + time.After 來進行超時檢查，例如這樣，我們增加一個函數 Run() ，在 Run() 中執行 go run() 。并通過 select + time.After 進行超時判斷。

package main

import (
  "fmt"
  "time"
)

func Run(task_id, sleeptime, timeout int, ch chan string) {
  ch_run := make(chan string)
  go run(task_id, sleeptime, ch_run)
  select {
  case re := <-ch_run:
    ch <- re
  case <-time.After(time.Duration(timeout) * time.Second):
    re := fmt.Sprintf("task id %d , timeout", task_id)
    ch <- re
  }
}

func run(task_id, sleeptime int, ch chan string) {

  time.Sleep(time.Duration(sleeptime) * time.Second)
  ch <- fmt.Sprintf("task id %d , sleep %d second", task_id, sleeptime)
  return
}

func main() {
  input := []int{3, 2, 1}
  timeout := 2
  chs := make([]chan string, len(input))
  startTime := time.Now()
  fmt.Println("Multirun start")
  for i, sleeptime := range input {
    chs[i] = make(chan string)
    go Run(i, sleeptime, timeout, chs[i])
  }

  for _, ch := range chs {
    fmt.Println(<-ch)
  }
  endTime := time.Now()
  fmt.Printf("Multissh finished. Process time %s. Number of task is %d", endTime.Sub(startTime), len(input))
}

運行結果，task 0 和 task 1 已然超時

Multirun start
task id 0 , timeout
task id 1 , timeout
tasi id 2 , sleep 1 second
Multissh finished. Process time 2s. Number of task is 3
Program exited.

并發限制

如果任務數量太多，不加以限制的并發開啟 goroutine 的話，可能會過多的占用資源，服務器可能會爆炸。所以實際環境中并發限制也是一定要做的。

一種常見的做法就是利用 channel 的緩沖機制——開始的時候我們提到過的那個。

我們分別創建一個帶緩沖和不帶緩沖的 channel 看看

ch := make(chan string) // 這是一個無緩沖的 channel，或者說緩沖區長度是 0
ch := make(chan string, 1) // 這是一個帶緩沖的 channel, 緩沖區長度是 1

這兩者的區別在于，如果 channel 沒有緩沖，或者緩沖區滿了。goroutine 會自動阻塞，直到 channel 里的數據被讀走為止。舉個例子

package main

import (
  "fmt"
)

func main() {
  ch := make(chan string)
  ch <- "123"
  fmt.Println(<-ch)
}

這段代碼執行將報錯

fatal error: all goroutines are asleep - deadlock!

goroutine 1 [chan send]:
main.main()
    /tmp/sandbox531498664/main.go:9 +0x60

Program exited.

這是因為我們創建的 ch 是一個無緩沖的 channel。因此在執行到 ch<-"123",這個 goroutine 就阻塞了，后面的 fmt.Println(<-ch) 沒有辦法得到執行。所以將會報 deadlock 錯誤。

如果我們改成這樣，程序就可以執行

package main

import (
  "fmt"
)

func main() {
  ch := make(chan string, 1)
  ch <- "123"
  fmt.Println(<-ch)
}

執行

123

Program exited.

如果我們改成這樣

package main

import (
  "fmt"
)

func main() {
  ch := make(chan string, 1)
  ch <- "123"
  ch <- "123"
  fmt.Println(<-ch)
  fmt.Println(<-ch)
}

盡管讀取了兩次 channel，但是程序還是會死鎖，因為緩沖區滿了，goroutine 阻塞掛起。第二個 ch<- "123" 是沒有辦法寫入的。

fatal error: all goroutines are asleep - deadlock!

goroutine 1 [chan send]:
main.main()
    /tmp/sandbox642690323/main.go:10 +0x80

Program exited.

因此，利用 channel 的緩沖設定，我們就可以來實現并發的限制。我們只要在執行并發的同時，往一個帶有緩沖的 channel 里寫入點東西（隨便寫啥，內容不重要）。讓并發的 goroutine 在執行完成后把這個 channel 里的東西給讀走。這樣整個并發的數量就講控制在這個 channel 的緩沖區大小上。

比如我們可以用一個 bool 類型的帶緩沖 channel 作為并發限制的計數器。

chLimit := make(chan bool, 1)

然后在并發執行的地方，每創建一個新的 goroutine，都往 chLimit 里塞個東西。

  for i, sleeptime := range input {
    chs[i] = make(chan string, 1)
    chLimit <- true
    go limitFunc(chLimit, chs[i], i, sleeptime, timeout)
  }

這里通過 go 關鍵字并發執行的是新構造的函數。他在執行完原來的 Run() 后，會把 chLimit 的緩沖區里給消費掉一個。

  limitFunc := func(chLimit chan bool, ch chan string, task_id, sleeptime, timeout int) {
    Run(task_id, sleeptime, timeout, ch)
    <-chLimit
  }

這樣一來，當創建的 goroutine 數量到達 chLimit 的緩沖區上限后。主 goroutine 就掛起阻塞了，直到這些 goroutine 執行完畢，消費掉了 chLimit 緩沖區中的數據，程序才會繼續創建新的 goroutine。我們并發數量限制的目的也就達到了。

以下是完整代碼

package main

import (
  "fmt"
  "time"
)

func Run(task_id, sleeptime, timeout int, ch chan string) {
  ch_run := make(chan string)
  go run(task_id, sleeptime, ch_run)
  select {
  case re := <-ch_run:
    ch <- re
  case <-time.After(time.Duration(timeout) * time.Second):
    re := fmt.Sprintf("task id %d , timeout", task_id)
    ch <- re
  }
}

func run(task_id, sleeptime int, ch chan string) {

  time.Sleep(time.Duration(sleeptime) * time.Second)
  ch <- fmt.Sprintf("task id %d , sleep %d second", task_id, sleeptime)
  return
}

func main() {
  input := []int{3, 2, 1}
  timeout := 2
  chLimit := make(chan bool, 1)
  chs := make([]chan string, len(input))
  limitFunc := func(chLimit chan bool, ch chan string, task_id, sleeptime, timeout int) {
    Run(task_id, sleeptime, timeout, ch)
    <-chLimit
  }
  startTime := time.Now()
  fmt.Println("Multirun start")
  for i, sleeptime := range input {
    chs[i] = make(chan string, 1)
    chLimit <- true
    go limitFunc(chLimit, chs[i], i, sleeptime, timeout)
  }

  for _, ch := range chs {
    fmt.Println(<-ch)
  }
  endTime := time.Now()
  fmt.Printf("Multissh finished. Process time %s. Number of task is %d", endTime.Sub(startTime), len(input))
}

運行結果

Multirun start
task id 0 , timeout
task id 1 , timeout
task id 2 , sleep 1 second
Multissh finished. Process time 5s. Number of task is 3
Program exited.

chLimit 的緩沖是 1。task 0 和 task 1 耗時 2 秒超時。task 2 耗時 1 秒。總耗時 5 秒。并發限制生效了。

如果我們修改并發限制為 2

chLimit := make(chan bool, 2)

運行結果

Multirun start
task id 0 , timeout
task id 1 , timeout
task id 2 , sleep 1 second
Multissh finished. Process time 3s. Number of task is 3
Program exited.

task 0 , task 1 并發執行，耗時 2秒。task 2 耗時 1秒。總耗時 3 秒。符合預期。

有沒有注意到代碼里有個地方和之前不同。這里，用了一個帶緩沖的 channel

chs[i] = make(chan string, 1)

還記得上面的例子么。如果 channel 不帶緩沖，那么直到他被消費掉之前，這個 goroutine 都會被阻塞掛起。

然而如果這里的并發限制，也就是 chLimit 生效阻塞了主 goroutine，那么后面消費這些數據的代碼并不會執行到。。。于是就 deadlock 拉！

  for _, ch := range chs {
    fmt.Println(<-ch)
  }

看完上述內容，你們掌握Golang 中怎么實現并發限制與超時控制的方法了嗎？如果還想學到更多技能或想了解更多相關內容，歡迎關注億速云行業資訊頻道，感謝各位的閱讀！