Golang 并发编程入门：Goroutine 简介和基本用法

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一、什么是 Goroutine？

Goroutine 是 Golang 中的一种轻量级线程，用于实现并发操作。与传统线程相比，Goroutine 的优势在于它具有更低的资源消耗和更高的效率。每个 Goroutine 在运行时被 Go 的调度器（Scheduler）管理，并且它们共享内存空间。这使得在单个系统线程上运行成千上万个 Goroutine 成为可能。

1、Goroutine 的特点：

1. 轻量级：内存开销非常小，大约只需 2KB。
2. 非抢占式调度：Goroutine 自愿让出 CPU，通过协作完成任务切换。
3. 并发与并行：Goroutine 提供并发模型，多个任务可以同时进行。
4. 阻塞模型简化开发：避免了复杂的回调函数，使代码结构更加简洁。

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二、如何启动 Goroutine

要启动 Goroutine，我们只需要在函数调用前加上 go 关键字。此操作会将该函数在单独的 Goroutine 中异步执行，主程序不会等待它完成。

语法：

go 函数名(参数)

示例 1：基本的 Goroutine 用法

package main

import (
    "fmt"
    "time"
)

func printMessage() {
    fmt.Println("Goroutine is running!")
}

func main() {
    go printMessage() // 启动 Goroutine
    time.Sleep(1 * time.Second) // 暂停主线程，确保 Goroutine 执行完
    fmt.Println("Main function is done.")
}

输出：

Goroutine is running!  
Main function is done.

解释：

• 主 Goroutine（即 main 函数）立即启动了一个子 Goroutine 来运行 printMessage 函数。
• 如果没有 time.Sleep，主 Goroutine 可能会在子 Goroutine 还未执行时结束，导致没有输出。

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三、主 Goroutine 与子 Goroutine 的关系

1. 主 Goroutine：main 函数所在的 Goroutine，程序从这里开始运行。
2. 子 Goroutine：由主 Goroutine 或其他 Goroutine 创建的 Goroutine。

关键点：如果主 Goroutine 结束，所有未完成的子 Goroutine 也会被强制终止。

示例 2：主线程结束导致子 Goroutine 终止

package main

import (
    "fmt"
    "time"
)

func main() {
    go func() {
        time.Sleep(2 * time.Second)
        fmt.Println("This message may never appear.")
    }()

    fmt.Println("Main function is done.")
    // 主 Goroutine 立即结束，子 Goroutine 没有机会完成
}

输出：

Main function is done.

解释：

• 主 Goroutine 结束时，所有未完成的子 Goroutine 会立即停止，因此不会看到子 Goroutine 的输出。

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四、Goroutine 的参数传递

在 Golang 中，Goroutine 支持传递参数，但需要注意是按值传递，而不是按引用。

示例 3：Goroutine 传递参数

package main

import (
    "fmt"
)

func printNumber(num int) {
    fmt.Println("Number:", num)
}

func main() {
    for i := 1; i <= 3; i++ {
        go printNumber(i) // 启动 Goroutine 传递参数
    }

    fmt.Scanln() // 等待用户输入，防止程序提前结束
}

输出（可能）：

Number: 1  
Number: 2  
Number: 3

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五、匿名函数中的变量捕获问题

Goroutine 常与匿名函数一起使用，但要小心变量捕获问题。在循环中启动 Goroutine 时，匿名函数可能捕获的不是当前迭代变量的值，而是循环结束后的变量。

示例 4：错误的变量捕获

package main

import (
    "fmt"
    "time"
)

func main() {
    for i := 1; i <= 3; i++ {
        go func() {
            fmt.Println(i) // 捕获的可能是循环结束后的 i
        }()
    }
    time.Sleep(1 * time.Second)
}

输出：

4  
4  
4

修改后的代码：将变量作为参数传递

go func(n int) {
    fmt.Println(n)
}(i)

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六、使用 WaitGroup 等待 Goroutine 完成

time.Sleep 不是等待 Goroutine 完成的最佳方式。Go 提供了 sync.WaitGroup 来管理多个 Goroutine 的同步。

示例 5：使用 WaitGroup

package main

import (
    "fmt"
    "sync"
)

func printMessage(msg string, wg *sync.WaitGroup) {
    defer wg.Done() // Goroutine 完成时调用 Done()
    fmt.Println(msg)
}

func main() {
    var wg sync.WaitGroup
    wg.Add(3) // 等待 3 个 Goroutine

    go printMessage("Hello", &wg)
    go printMessage("from", &wg)
    go printMessage("Goroutine!", &wg)

    wg.Wait() // 等待所有 Goroutine 完成
    fmt.Println("All Goroutines are done.")
}

输出：

Hello  
from  
Goroutine!  
All Goroutines are done.

解释：

• wg.Add(n) 表示需要等待 n 个 Goroutine 完成。
• 每个 Goroutine 结束时调用 wg.Done()。
• wg.Wait() 会阻塞主 Goroutine，直到所有任务完成。

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七、Goroutine 的典型应用场景

1. I/O 并发：处理大量网络请求，减少响应时间。
2. 后台任务：执行定时任务、日志记录等。
3. 并行计算：分布计算任务，提高程序性能。
4. 定时器与延时操作：如每隔一段时间执行某个操作。

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八、注意事项与最佳实践

1. 避免死锁：当 Goroutine 等待彼此时可能出现死锁，应小心处理共享资源。
2. 合理使用 WaitGroup 和 Channel：确保 Goroutine 的同步与通信。
3. 避免启动过多 Goroutine：虽然 Goroutine 轻量，但过多的 Goroutine 也会占用系统资源。
4. 调试工具：使用 go tool trace 和 pprof 进行性能调优和调试。

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九、小结

Goroutine 是 Golang 的强大并发工具，其高效、易用的特点让它成为开发者实现并发程序的首选。在这篇博客中，我们介绍了 Goroutine 的基础用法、参数传递和同步机制，并演示了常见的应用场景和注意事项。

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在下一篇博客中，我将详细介绍 通道（Channel） 的使用，它是 Goroutine 之间进行通信的主要工具。敬请期待！