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通过通信共享内存

Andrew Gerrand
2010 年 7 月 13 日

传统的线程模型（例如，在编写 Java, C++ 和 Python 程序时常用）要求程序员使用共享内存来在线程间进行通信。通常，共享数据结构会受到锁的保护，线程会争夺这些锁来访问数据。在某些情况下，使用线程安全的数据结构（例如 Python 的 Queue）可以简化这一过程。

Go 的并发原语——goroutines 和 channels——提供了一种优雅且独特的并发软件构建方式。（这些概念有有趣的渊源，始于 C. A. R. Hoare 的通信顺序进程（Communicating Sequential Processes））。Go 鼓励使用 channels 在 goroutines 之间传递数据引用，而不是显式地使用锁来协调对共享数据的访问。这种方法确保在给定时间只有一个 goroutine 可以访问数据。这一概念在文档《Effective Go》（所有 Go 程序员的必读之作）中被总结为：

不要通过共享内存来通信；相反，通过通信来共享内存。

考虑一个轮询 URL 列表的程序。在传统的线程环境中，其数据结构可能会像这样组织：

type Resource struct {
    url        string
    polling    bool
    lastPolled int64
}

type Resources struct {
    data []*Resource
    lock *sync.Mutex
}

然后，一个 Poller 函数（其中许多函数将运行在单独的线程中）可能会看起来像这样：

func Poller(res *Resources) {
    for {
        // get the least recently-polled Resource
        // and mark it as being polled
        res.lock.Lock()
        var r *Resource
        for _, v := range res.data {
            if v.polling {
                continue
            }
            if r == nil || v.lastPolled < r.lastPolled {
                r = v
            }
        }
        if r != nil {
            r.polling = true
        }
        res.lock.Unlock()
        if r == nil {
            continue
        }

        // poll the URL

        // update the Resource's polling and lastPolled
        res.lock.Lock()
        r.polling = false
        r.lastPolled = time.Nanoseconds()
        res.lock.Unlock()
    }
}

这个函数大约有一页长，并且需要更多细节才能完整。它甚至还没有包含 URL 轮询逻辑（这本身只有几行），也无法优雅地处理 Resource 池耗尽的情况。

让我们看看使用 Go 惯用法实现相同功能的示例。在这个示例中，Poller 是一个函数，它从输入 channel 接收待轮询的 Resource，并在完成后将它们发送到输出 channel。

type Resource string

func Poller(in, out chan *Resource) {
    for r := range in {
        // poll the URL

        // send the processed Resource to out
        out <- r
    }
}

上一个示例中那些精细的逻辑在这里明显不见了，我们的 Resource 数据结构也不再包含簿记数据。事实上，剩下的只是重要的部分。这应该能让您稍微了解这些简单语言特性所蕴含的力量。

上面的代码片段省略了许多内容。要了解一个使用这些思想的完整、地道的 Go 程序，请参阅代码演示 《通过通信共享内存》。

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